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%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Un preambolo",
ciascun processo vedrà la sua copia del codice (in realtà il kernel fa sì che
tutte le parti uguali siano condivise), avrà un suo spazio di indirizzi,
variabili proprie e sarà eseguito in maniera completamente indipendente da
-tutti gli altri.\footnote{questo non è del tutto vero nel caso di un programma
- \textit{multi-thread}, ma la gestione dei \itindex{thread} \textit{thread}
- in Linux sarà trattata a parte in cap.~\ref{cha:threads}.}
+tutti gli altri. Questo non è del tutto vero nel caso di un programma
+\textit{multi-thread}, ma la gestione dei \textit{thread} in Linux sarà
+trattata a parte\unavref{in cap.~\ref{cha:threads}}.
-\subsection{La funzione \func{main}}
+\subsection{L'avvio e l'esecuzione di un programma}
\label{sec:proc_main}
-Quando un programma viene lanciato il kernel esegue un opportuno codice di
-avvio, usando il programma \cmd{ld-linux.so}. Questo programma prima carica
-le librerie condivise che servono al programma, poi effettua il collegamento
-dinamico del codice e alla fine lo esegue. Infatti, a meno di non aver
-specificato il flag \texttt{-static} durante la compilazione, tutti i
-programmi in Linux sono incompleti e necessitano di essere \textsl{collegati}
-alle librerie condivise quando vengono avviati. La procedura è controllata da
-alcune variabili di ambiente e dal contenuto di \conffile{/etc/ld.so.conf}. I
-dettagli sono riportati nella pagina di manuale di \cmd{ld.so}.
-
-Il sistema fa partire qualunque programma chiamando la funzione \func{main};
-sta al programmatore chiamare così la funzione principale del programma da cui
-si suppone iniziare l'esecuzione; in ogni caso senza questa funzione lo stesso
-\textit{linker} (si chiama così il programma che effettua i collegamenti di
-cui sopra) darebbe luogo ad errori. Lo standard ISO C specifica che la
-funzione \func{main} può non avere argomenti o prendere due argomenti che
-rappresentano gli argomenti passati da linea di comando, in sostanza un
-prototipo che va sempre bene è il seguente:
+\itindbeg{link-loader}
+\itindbeg{shared~objects}
+Quando un programma viene messo in esecuzione, cosa che può essere fatta solo
+con una funzione della famiglia \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}),
+il kernel esegue un opportuno codice di avvio, il cosiddetto
+\textit{link-loader}, costituito dal programma \cmd{ld-linux.so}. Questo
+programma è una parte fondamentale del sistema il cui compito è quello della
+gestione delle cosiddette \textsl{librerie condivise}, quelle che nel mondo
+Windows sono chiamate DLL (\textit{Dinamic Link Library}), e che invece in un
+sistema unix-like vengono chiamate \textit{shared objects}.
+
+Infatti, a meno di non aver specificato il flag \texttt{-static} durante la
+compilazione, tutti i programmi in Linux sono compilati facendo riferimento a
+librerie condivise, in modo da evitare di duplicare lo stesso codice nei
+relativi eseguibili e consentire un uso più efficiente della memoria, dato che
+il codice di uno \textit{shared objects} viene caricato in memoria dal kernel
+una sola volta per tutti i programmi che lo usano.
+\itindend{shared~objects}
+
+Questo significa però che normalmente il codice di un programma è incompleto,
+contenendo solo i riferimenti alle funzioni di libreria che vuole utilizzare e
+non il relativo codice. Per questo motivo all'avvio del programma è necessario
+l'intervento del \textit{link-loader} il cui compito è caricare in memoria le
+librerie condivise eventualmente assenti, ed effettuare poi il collegamento
+dinamico del codice del programma alle funzioni di libreria da esso utilizzate
+prima di metterlo in esecuzione.
+
+Il funzionamento di \cmd{ld-linux.so} è controllato da alcune variabili di
+ambiente e dal contenuto del file \conffile{/etc/ld.so.conf} che consentono di
+elencare le directory un cui cercare le librerie e determinare quali verranno
+utilizzate. In particolare con la variabile di ambiente
+\envvar{LD\_LIBRARY\_PATH} si possono indicare ulteriori directory rispetto a
+quelle di sistema in cui inserire versioni personali delle librerie che hanno
+la precedenza su quelle di sistema, mentre con la variabile di ambiente
+\envvar{LD\_PRELOAD} si può passare direttamente una lista di file di librerie
+condivise da usare al posto di quelli di sistema. In questo modo è possibile
+effettuare lo sviluppo o il test di nuove librerie senza dover sostituire
+quelle di sistema. Ulteriori dettagli sono riportati nella pagina di manuale
+di \cmd{ld.so} e per un approfondimento dell'argomento si può consultare
+sez.~3.1.2 di \cite{AGL}.
+
+Una volta completate le operazioni di inizializzazione di \cmd{ld-linux.so}, il
+sistema fa partire qualunque programma chiamando la funzione \code{main}. Sta
+al programmatore chiamare così la funzione principale del programma da cui si
+suppone che inizi l'esecuzione. In ogni caso senza questa funzione lo stesso
+\textit{link-loader} darebbe luogo ad errori. Lo standard ISO C specifica che
+la funzione \code{main} può non avere argomenti o prendere due argomenti che
+rappresentano gli argomenti passati da linea di comando (su cui torneremo in
+sez.~\ref{sec:proc_par_format}), in sostanza un prototipo che va sempre bene è
+il seguente:
\includecodesnip{listati/main_def.c}
+\itindend{link-loader}
+
In realtà nei sistemi Unix esiste un altro modo per definire la funzione
-\func{main}, che prevede la presenza di un terzo argomento, \code{char
- *envp[]}, che fornisce (vedi sez.~\ref{sec:proc_environ})
-l'\textsl{ambiente} del programma; questa forma però non è prevista dallo
-standard POSIX.1 per cui se si vogliono scrivere programmi portabili è meglio
-evitarla.
+\code{main}, che prevede la presenza di un terzo argomento, \code{char
+ *envp[]}, che fornisce l'\textsl{ambiente} del programma; questa forma però
+non è prevista dallo standard POSIX.1 per cui se si vogliono scrivere
+programmi portabili è meglio evitarla. Per accedere all'ambiente, come vedremo
+in sez.~\ref{sec:proc_environ} si usa in genere una variabile globale che
+viene sempre definita automaticamente.
+
+Ogni programma viene fatto partire mettendo in esecuzione il codice contenuto
+nella funzione \code{main}, ogni altra funzione usata dal programma, che sia
+ottenuta da una libreria condivisa, o che sia direttamente definita nel
+codice, dovrà essere invocata a partire dal codice di \code{main}. Nel caso di
+funzioni definite nel programma occorre tenere conto che, nel momento stesso
+in cui si usano le librerie di sistema (vale a dire la \acr{glibc}) alcuni
+nomi sono riservati e non possono essere utilizzati.
+
+In particolare sono riservati a priori e non possono essere mai ridefiniti in
+nessun caso i nomi di tutte le funzioni, le variabili, le macro di
+preprocessore, ed i tipi di dati previsti dallo standard ISO C. Lo stesso
+varrà per tutti i nomi definiti negli \textit{header file} che si sono
+esplicitamente inclusi nel programma (vedi sez.~\ref{sec:proc_syscall}), ma
+anche se è possibile riutilizzare nomi definiti in altri \textit{header file}
+la pratica è da evitare nella maniera più assoluta per non generare ambiguità.
+
+Oltre ai nomi delle funzioni di libreria sono poi riservati in maniera
+generica tutti i nomi di variabili o funzioni globali che iniziano con il
+carattere di sottolineato (``\texttt{\_}''), e qualunque nome che inizi con il
+doppio sottolineato (``\texttt{\_\_}'') o con il sottolineato seguito da
+lettera maiuscola. Questi identificativi infatti sono utilizzati per i nomi
+usati internamente in forma privata dalle librerie, ed evitandone l'uso si
+elimina il rischio di conflitti.
+
+Infine esiste una serie di classi di nomi che sono riservati per un loro
+eventuale uso futuro da parte degli standard ISO C e POSIX.1, questi in teoria
+possono essere usati senza problemi oggi, ma potrebbero dare un conflitto con
+una revisione futura di questi standard, per cui è comunque opportuno
+evitarli, in particolare questi sono:
+\begin{itemize*}
+\item i nomi che iniziano per ``\texttt{E}'' costituiti da lettere maiuscole e
+ numeri, che potrebbero essere utilizzati per nuovi codici di errore (vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_errors}),
+\item i nomi che iniziano con ``\texttt{is}'' o ``\texttt{to}'' e costituiti
+ da lettere minuscole che potrebbero essere utilizzati da nuove funzioni per
+ il controllo e la conversione del tipo di caratteri,
+\item i nomi che iniziano con ``\texttt{LC\_}'' e costituiti
+ da lettere maiuscole che possono essere usato per macro attinenti la
+ localizzazione,% mettere in seguito (vedi sez.~\ref{sec:proc_localization}),
+\item nomi che iniziano con ``\texttt{SIG}'' o ``\texttt{SIG\_}'' e costituiti
+ da lettere maiuscole che potrebbero essere usati per nuovi nomi di segnale
+ (vedi sez.~\ref{sec:sig_classification}),
+\item nomi che iniziano con ``\texttt{str}'', ``\texttt{mem}'', o
+ ``\texttt{wcs}'' e costituiti da lettere minuscole che possono essere
+ utilizzati per funzioni attinenti la manipolazione delle stringhe e delle
+ aree di memoria,
+\item nomi che terminano in ``\texttt{\_t}'' che potrebbero essere utilizzati
+ per la definizione di nuovi tipi di dati di sistema oltre quelli di
+ tab.~\ref{tab:intro_primitive_types}).
+\end{itemize*}
-\subsection{Come chiudere un programma}
-\label{sec:proc_conclusion}
+\subsection{Chiamate a funzioni e \textit{system call}}
+\label{sec:proc_syscall}
+
+Come accennato in sez.~\ref{sec:intro_syscall} un programma può utilizzare le
+risorse che il sistema gli mette a disposizione attraverso l'uso delle
+opportune \textit{system call}. Abbiamo inoltre appena visto come all'avvio un
+programma venga messo in grado di chiamare le funzioni fornite da eventuali
+librerie condivise da esso utilizzate.
+
+Vedremo nel resto della guida quali sono le risorse del sistema accessibili
+attraverso le \textit{system call} e tratteremo buona parte delle funzioni
+messe a disposizione dalla libreria standard del C, in questa sezione però si
+forniranno alcune indicazioni generali sul come fare perché un programma possa
+utilizzare queste funzioni.
+
+\itindbeg{header~file}
+
+In sez.~\ref{sec:intro_standard} abbiamo accennato come le funzioni definite
+nei vari standard siano definite in una serie di \textit{header file} (in
+italiano \textsl{file di intestazione}). Vengono chiamati in questo modo quei
+file, forniti insieme al codice delle librerie, che contengono le
+dichiarazioni delle variabili, dei tipi di dati, delle macro di preprocessore
+e soprattutto delle funzioni che fanno parte di una libreria.
+
+Questi file sono necessari al compilatore del linguaggio C per ottenere i
+riferimenti ai nomi delle funzioni (e alle altre risorse) definite in una
+libreria, per questo quando si vogliono usare le funzioni di una libreria
+occorre includere nel proprio codice gli \textit{header file} che le
+definiscono con la direttiva \code{\#include}. Dato che le funzioni devono
+essere definite prima di poterle usare in genere gli \textit{header file}
+vengono inclusi all'inizio del programma. Se inoltre si vogliono utilizzare le
+macro di controllo delle funzionalità fornite dai vari standard illustrate in
+sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std} queste, come accennato, dovranno a loro
+volta essere definite prima delle varie inclusioni.
+
+Ogni libreria fornisce i propri file di intestazione per i quali si deve
+consultare la documentazione, ma in tab.~\ref{tab:intro_posix_header} si sono
+riportati i principali \textit{header file} definiti nella libreria standard
+del C (nel caso la \acr{glibc}) che contengono le varie funzioni previste
+negli standard POSIX ed ANSI C, e che prevedono la definizione sia delle
+funzioni di utilità generica che delle interfacce alle \textit{system call}. In
+seguito per ciascuna funzione o \textit{system call} che tratteremo
+indicheremo anche quali sono gli \textit{header file} contenenti le necessarie
+definizioni.
-Normalmente un programma finisce quando la funzione \func{main} ritorna, una
-modalità equivalente di chiudere il programma è quella di chiamare
-direttamente la funzione \func{exit} (che viene comunque chiamata
-automaticamente quando \func{main} ritorna). Una forma alternativa è quella
-di chiamare direttamente la system call \func{\_exit}, che restituisce il
-controllo direttamente alla funzione di conclusione dei processi del kernel.
+\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
+ \headfiled{assert.h}&$\bullet$& -- & Verifica le asserzioni fatte in un
+ programma.\\
+ \headfiled{ctype.h} &$\bullet$& -- & Tipi standard.\\
+ \headfiled{dirent.h}& -- &$\bullet$& Manipolazione delle directory.\\
+ \headfiled{errno.h} & -- &$\bullet$& Errori di sistema.\\
+ \headfiled{fcntl.h} & -- &$\bullet$& Controllo sulle opzioni dei
+ file.\\
+ \headfiled{limits.h}& -- &$\bullet$& Limiti e parametri del sistema.\\
+ \headfiled{malloc.h}&$\bullet$& -- & Allocazione della memoria.\\
+ \headfiled{setjmp.h}&$\bullet$& -- & Salti non locali.\\
+ \headfiled{signal.h}& -- &$\bullet$& Gestione dei segnali.\\
+ \headfiled{stdarg.h}&$\bullet$& -- & Gestione di funzioni a argomenti
+ variabili.\\
+ \headfiled{stdio.h} &$\bullet$& -- & I/O bufferizzato in standard ANSI
+ C.\\
+ \headfiled{stdlib.h}&$\bullet$& -- & Definizioni della libreria
+ standard.\\
+ \headfiled{string.h}&$\bullet$& -- & Manipolazione delle stringhe.\\
+ \headfiled{time.h} & -- &$\bullet$& Gestione dei tempi.\\
+ \headfiled{times.h} &$\bullet$& -- & Gestione dei tempi.\\
+ \headfiled{unistd.h}& -- &$\bullet$& Unix standard library.\\
+ \headfiled{utmp.h} & -- &$\bullet$& Registro connessioni utenti.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Elenco dei principali \textit{header file} definiti dagli standard
+ POSIX e ANSI C.}
+ \label{tab:intro_posix_header}
+\end{table}
-Oltre alla conclusione ``\textsl{normale}'' esiste anche la possibilità di una
-conclusione ``\textsl{anomala}'' del programma a causa della ricezione di un
-segnale (tratteremo i segnali in cap.~\ref{cha:signals}) o della chiamata alla
-funzione \func{abort}; torneremo su questo in sez.~\ref{sec:proc_termination}.
+Un esempio di inclusione di questi file, preso da uno dei programmi di
+esempio, è il seguente, e si noti come gli \textit{header file} possano essere
+referenziati con il nome fra parentesi angolari, nel qual caso si indica l'uso
+di quelli installati con il sistema,\footnote{in un sistema GNU/Linux che
+ segue le specifiche del \textit{Filesystem Hierarchy Standard} (per maggiori
+ informazioni si consulti sez.~1.2.3 di \cite{AGL}) si trovano sotto
+ \texttt{/usr/include}.} o fra virgolette, nel qual caso si fa riferimento
+ad una versione locale, da indicare con un \textit{pathname} relativo:
+\includecodesnip{listati/main_include.c}
+
+Si tenga presente che oltre ai nomi riservati a livello generale di cui si è
+parlato in sez.~\ref{sec:proc_main}, alcuni di questi \textit{header file}
+riservano degli ulteriori identificativi, il cui uso sarà da evitare, ad
+esempio si avrà che:
+\begin{itemize*}
+\item in \headfile{dirent.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{d\_}'' e costituiti da lettere minuscole,
+\item in \headfile{fcntl.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{l\_}'', ``\texttt{F\_}'',``\texttt{O\_}'' e ``\texttt{S\_}'',
+\item in \headfile{limits.h} vengono riservati i nomi che finiscono in
+ ``\texttt{\_MAX}'',
+\item in \headfile{signal.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{sa\_}'' e ``\texttt{SA\_}'',
+\item in \headfile{sys/stat.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{st\_}'' e ``\texttt{S\_}'',
+\item in \headfile{sys/times.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{tms\_}'',
+\item in \headfile{termios.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{c\_}'', ``\texttt{V}'', ``\texttt{I}'', ``\texttt{O}'' e
+ ``\texttt{TC}'' e con ``\texttt{B}'' seguito da un numero,
+\item in \headfile{grp.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{gr\_}'',
+\item in \headfile{pwd.h} vengono riservati i nomi che iniziano con
+ ``\texttt{pw\_}'',
+\end{itemize*}
-Il valore di ritorno della funzione \func{main}, o quello usato nelle chiamate
-ad \func{exit} e \func{\_exit}, viene chiamato \textsl{stato di uscita} (o
-\textit{exit status}) e passato al processo che aveva lanciato il programma
-(in genere la shell). In generale si usa questo valore per fornire
-informazioni sulla riuscita o il fallimento del programma; l'informazione è
-necessariamente generica, ed il valore deve essere compreso fra 0 e 255.
+\itindend{header~file}
+
+Una volta inclusi gli \textit{header file} necessari un programma potrà
+richiamare le funzioni di libreria direttamente nel proprio codice ed accedere
+ai servizi del kernel; come accennato infatti normalmente ogni \textit{system
+ call} è associata ad una omonima funzione di libreria, che è quella che si
+usa normalmente per invocarla.
+
+Occorre però tenere presente che anche se dal punto di vista della scrittura
+del codice la chiamata di una \textit{system call} non è diversa da quella di
+una qualunque funzione ordinaria, la situazione è totalmente diversa
+nell'esecuzione del programma. Una funzione ordinaria infatti viene eseguita,
+esattamente come il codice che si è scritto nel corpo del programma, in
+\textit{user space}. Quando invece si esegue una \textit{system call}
+l'esecuzione ordinaria del programma viene interrotta con quello che viene
+usualmente chiamato un \itindex{context~switch} \textit{context
+ switch};\footnote{in realtà si parla più comunemente di \textit{context
+ switch} quando l'esecuzione di un processo viene interrotta dal kernel
+ (tramite lo \textit{scheduler}) per metterne in esecuzione un altro, ma il
+ concetto generale resta lo stesso: l'esecuzione del proprio codice in
+ \textit{user space} viene interrotta e lo stato del processo deve essere
+ salvato per poterne riprendere l'esecuzione in un secondo tempo.} il
+contesto di esecuzione del processo viene salvato in modo da poterne
+riprendere in seguito l'esecuzione ed i dati forniti (come argomenti della
+chiamata) vengono trasferiti al kernel che esegue il codice della
+\textit{system call} (che è codice del kernel) in \textit{kernel space}; al
+completamento della \textit{system call} i dati salvati nel \textit{context
+ switch} saranno usati per riprendere l'esecuzione ordinaria del programma.
+
+Dato che il passaggio dei dati ed il salvataggio del contesto di esecuzione
+sono operazioni critiche per le prestazioni del sistema, per rendere il più
+veloce possibile questa operazione sono state sviluppate una serie di
+ottimizzazioni che richiedono alcune preparazioni abbastanza complesse dei
+dati, che in genere dipendono dall'architettura del processore e sono scritte
+direttamente in \textit{assembler}.
+
+
+%
+% TODO:trattare qui, quando sarà il momento vsyscall e vDSO, vedi:
+% http://davisdoesdownunder.blogspot.com/2011/02/linux-syscall-vsyscall-and-vdso-oh-my.html
+% http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html
+%
+% Altro materiale al riguardo http://lwn.net/Articles/615809/
+% http://man7.org/linux/man-pages/man7/vdso.7.html
+
+Inoltre alcune \textit{system call} sono state modificate nel corso degli anni
+con lo sviluppo del kernel per aggiungere ad esempio funzionalità in forma di
+nuovi argomenti, o per consolidare diverse varianti in una interfaccia
+generica. Per questo motivo dovendo utilizzare una \textit{system call} è
+sempre preferibile usare l'interfaccia fornita dalla \textsl{glibc}, che si
+cura di mantenere una uniformità chiamando le versioni più aggiornate.
+
+Ci sono alcuni casi però in cui può essere necessario evitare questa
+associazione, e lavorare a basso livello con una specifica versione, oppure si
+può voler utilizzare una \textit{system call} che non è stata ancora associata
+ad una funzione di libreria. In tal caso, per evitare di dover effettuare
+esplicitamente le operazioni di preparazione citate, all'interno della
+\textsl{glibc} è fornita una specifica funzione,
+\funcd{syscall},\footnote{fino a prima del kernel 2.6.18 per l'esecuzione
+ diretta delle \textit{system call} erano disponibili anche una serie di
+ macro \texttt{\_syscall\textsl{N}} (con $N$ pari al numero di argomenti
+ della \textit{system call}); queste sono deprecate e pertanto non ne
+ parleremo ulteriormente.} che consente eseguire direttamente una
+\textit{system call}; il suo prototipo, accessibile se si è definita la macro
+\macro{\_GNU\_SOURCE}, è:
+
+\begin{funcproto}{
+ \fhead{unistd.h}
+ \fhead{sys/syscall.h}
+ \fdecl{long syscall(int number, ...)}
+ \fdesc{Esegue la \textit{system call} indicata da \param{number}.}
+}
+{La funzione ritorna un intero dipendente dalla \textit{system call} invocata,
+ in generale $0$ indica il successo ed un valore negativo un errore.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede come primo argomento il numero della \textit{system call}
+da invocare, seguita dagli argomenti da passare alla stessa, che ovviamente
+dipendono da quest'ultima, e restituisce il codice di ritorno della
+\textit{system call} invocata. In generale un valore nullo indica il successo
+ed un valore negativo è un codice di errore che poi viene memorizzato nella
+variabile \var{errno} (sulla gestione degli errori torneremo in dettaglio in
+sez.~\ref{sec:sys_errors}).
+
+Il valore di \param{number} dipende sia dalla versione di kernel che
+dall'architettura,\footnote{in genere le vecchie \textit{system call} non
+ vengono eliminate e se ne aggiungono di nuove con nuovi numeri.} ma
+ciascuna \textit{system call} viene in genere identificata da una costante
+nella forma \texttt{SYS\_*} dove al prefisso viene aggiunto il nome che spesso
+corrisponde anche alla omonima funzione di libreria. Queste costanti sono
+definite nel file \headfiled{sys/syscall.h}, ma si possono anche usare
+direttamente valori numerici.
+
+
+\subsection{La terminazione di un programma}
+\label{sec:proc_conclusion}
-La convenzione in uso pressoché universale è quella di restituire 0 in caso di
-successo e 1 in caso di fallimento; l'unica eccezione è per i programmi che
-effettuano dei confronti (come \cmd{diff}), che usano 0 per indicare la
-corrispondenza, 1 per indicare la non corrispondenza e 2 per indicare
-l'incapacità di effettuare il confronto. È opportuno adottare una di queste
-convenzioni a seconda dei casi. Si tenga presente che se si raggiunge la fine
-della funzione \func{main} senza ritornare esplicitamente si ha un valore di
+Normalmente un programma conclude la sua esecuzione quando si fa ritornare la
+funzione \code{main}, si usa cioè l'istruzione \instruction{return} del
+linguaggio C all'interno della stessa, o se si richiede esplicitamente la
+chiusura invocando direttamente la funzione \func{exit}. Queste due modalità
+sono assolutamente equivalenti, dato che \func{exit} viene chiamata in maniera
+trasparente anche quando \code{main} ritorna, passandogli come argomento il
+valore indicato da \instruction{return}.
+
+La funzione \funcd{exit}, che è completamente generale, essendo definita dallo
+standard ANSI C, è quella che deve essere invocata per una terminazione
+``\textit{normale}'', il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+ \fhead{unistd.h}
+ \fdecl{void exit(int status)}
+ \fdesc{Causa la conclusione ordinaria del programma.}
+}
+{La funzione non ritorna, il processo viene terminato.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione è pensata per eseguire una conclusione pulita di un programma che
+usi la libreria standard del C; essa esegue tutte le funzioni che sono state
+registrate con \func{atexit} e \func{on\_exit} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_atexit}), chiude tutti gli \textit{stream} (vedi
+sez.~\ref{sec:file_stream}) effettuando il salvataggio dei dati sospesi
+(chiamando \func{fclose}, vedi sez.~\ref{sec:file_fopen}), infine passa il
+controllo al kernel chiamando la \textit{system call} \func{\_exit} (che
+vedremo a breve) che completa la terminazione del processo.
+
+\itindbeg{exit~status}
+
+Il valore dell'argomento \param{status} o il valore di ritorno di \code{main}
+costituisce quello che viene chiamato lo \textsl{stato di uscita}
+(l'\textit{exit status}) del processo. In generale si usa questo valore per
+fornire al processo padre (come vedremo in sez.~\ref{sec:proc_wait}) delle
+informazioni generiche sulla riuscita o il fallimento del programma appena
+terminato.
+
+Anche se l'argomento \param{status} (ed il valore di ritorno di \code{main})
+sono numeri interi di tipo \ctyp{int}, si deve tener presente che il valore
+dello stato di uscita viene comunque troncato ad 8 bit, per cui deve essere
+sempre compreso fra 0 e 255. Si tenga presente che se si raggiunge la fine
+della funzione \code{main} senza ritornare esplicitamente si ha un valore di
uscita indefinito, è pertanto consigliabile di concludere sempre in maniera
esplicita detta funzione.
-Un'altra convenzione riserva i valori da 128 a 256 per usi speciali: ad
-esempio 128 viene usato per indicare l'incapacità di eseguire un altro
-programma in un sottoprocesso. Benché questa convenzione non sia
-universalmente seguita è una buona idea tenerne conto.
-
-Si tenga presente inoltre che non è una buona idea usare il codice di errore
-restituito dalla variabile \var{errno} (per i dettagli si veda
-sez.~\ref{sec:sys_errors}) come stato di uscita. In generale infatti una shell
-non si cura del valore se non per vedere se è diverso da zero; inoltre il
-valore dello stato di uscita è sempre troncato ad 8 bit, per cui si potrebbe
-incorrere nel caso in cui restituendo un codice di errore 256, si otterrebbe
-uno stato di uscita uguale a zero, che verrebbe interpretato come un successo.
-
-In \file{stdlib.h} sono definite, seguendo lo standard POSIX, le due costanti
-\const{EXIT\_SUCCESS} e \const{EXIT\_FAILURE}, da usare sempre per specificare
-lo stato di uscita di un processo. In Linux esse sono poste rispettivamente ai
-valori di tipo \ctyp{int} 0 e 1.
-
-
-\subsection{Le funzioni \func{exit} e \func{\_exit}}
-\label{sec:proc_exit}
-
-Come accennato le funzioni usate per effettuare un'uscita ``\textit{normale}''
-da un programma sono due, la prima è la funzione \funcd{exit}, che è definita
-dallo standard ANSI C ed il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void exit(int status)}
- Causa la conclusione ordinaria del programma.
-
- \bodydesc{La funzione non ritorna. Il processo viene terminato.}
-\end{prototype}
-
-La funzione \func{exit} è pensata per eseguire una conclusione pulita di un
-programma che usi le librerie standard del C; essa esegue tutte le funzioni
-che sono state registrate con \func{atexit} e \func{on\_exit} (vedi
-sez.~\ref{sec:proc_atexit}), e chiude tutti gli stream effettuando il
-salvataggio dei dati sospesi (chiamando \func{fclose}, vedi
-sez.~\ref{sec:file_fopen}), infine passa il controllo al kernel chiamando
-\func{\_exit} e restituendo il valore di \param{status} come stato di uscita.
-
-La system call \funcd{\_exit} restituisce direttamente il controllo al kernel,
-concludendo immediatamente il processo; i dati sospesi nei buffer degli stream
-non vengono salvati e le eventuali funzioni registrate con \func{atexit} e
-\func{on\_exit} non vengono eseguite. Il prototipo della funzione è:
-\begin{prototype}{unistd.h}{void \_exit(int status)}
- Causa la conclusione immediata del programma.
-
- \bodydesc{La funzione non ritorna. Il processo viene terminato.}
-\end{prototype}
-
-La funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo; si tenga
-presente che questo non comporta il salvataggio dei dati bufferizzati degli
-stream, (torneremo sulle due interfacce dei file a partire da
-cap.~\ref{cha:file_intro}), fa sì che ogni figlio del processo sia adottato da
-\cmd{init} (vedi cap.~\ref{cha:process_handling}), manda un segnale
-\const{SIGCHLD} al processo padre (vedi sez.~\ref{sec:sig_job_control}) ed
-infine ritorna lo stato di uscita specificato in \param{status} che può essere
-raccolto usando la funzione \func{wait} (vedi sez.~\ref{sec:proc_wait}).
-
-
-\subsection{Le funzioni \func{atexit} e \func{on\_exit}}
+Non esiste un significato intrinseco della stato di uscita, ma una convenzione
+in uso pressoché universale è quella di restituire 0 in caso di successo e 1
+in caso di fallimento. Una eccezione a questa convenzione è per i programmi
+che effettuano dei confronti (come \cmd{diff}), che usano 0 per indicare la
+corrispondenza, 1 per indicare la non corrispondenza e 2 per indicare
+l'incapacità di effettuare il confronto. Un'altra convenzione riserva i valori
+da 128 a 256 per usi speciali: ad esempio 128 viene usato per indicare
+l'incapacità di eseguire un altro programma in un sottoprocesso. Benché le
+convenzioni citate non siano seguite universalmente è una buona idea tenerle
+presenti ed adottarle a seconda dei casi.
+
+Si tenga presente inoltre che non è una buona idea usare eventuali codici di
+errore restituiti nella variabile \var{errno} (vedi sez.~\ref{sec:sys_errors})
+come \textit{exit status}. In generale infatti non ci si cura del valore dello
+stato di uscita di un processo se non per vedere se è diverso da zero, come
+indicazione di un qualche errore. Dato che viene troncato ad 8 bit utilizzare
+un intero di valore generico può comportare il rischio, qualora si vada ad
+usare un multiplo di 256, di avere uno stato di uscita uguale a zero, che
+verrebbe interpretato come un successo.
+
+Per questo motivo in \headfile{stdlib.h} sono definite, seguendo lo standard
+POSIX, le due costanti \constd{EXIT\_SUCCESS} e \constd{EXIT\_FAILURE}, da
+usare sempre per specificare lo stato di uscita di un processo. Su Linux, ed
+in generale in qualunque sistema POSIX, ad esse sono assegnati rispettivamente
+i valori 0 e 1.
+
+\itindend{exit~status}
+
+Una forma alternativa per effettuare una terminazione esplicita di un
+programma è quella di chiamare direttamente la \textit{system call}
+\funcd{\_exit},\footnote{la stessa è definita anche come \funcd{\_Exit} in
+ \headfile{stdlib.h}, inoltre a partire dalla \acr{glibc} 2.3 usando questa
+ funzione viene invocata \func{exit\_group} che termina tutti i
+ \textit{thread} del processo e non solo quello corrente (fintanto che non si
+ usano i \textit{thread}\unavref{, vedi sez.~\ref{cha:threads},} questo non
+ fa nessuna differenza).} che restituisce il controllo direttamente al
+kernel, concludendo immediatamente il processo, il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{ \fhead{unistd.h} \fdecl{void \_exit(int status)}
+ \fdesc{Causa la conclusione immediata del programma.} } {La funzione non
+ ritorna, il processo viene terminato.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione termina immediatamente il processo e le eventuali funzioni
+registrate con \func{atexit} e \func{on\_exit} non vengono eseguite. La
+funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo, cosa che
+però non comporta il salvataggio dei dati eventualmente presenti nei buffer
+degli \textit{stream}, (torneremo sulle due interfacce dei file in
+sez.~\ref{sec:file_unix_interface} e
+sez.~\ref{sec:files_std_interface}). Infine fa sì che ogni figlio del processo
+sia adottato da \cmd{init} (vedi sez.~\ref{sec:proc_termination}), manda un
+segnale \signal{SIGCHLD} al processo padre (vedi
+sez.~\ref{sec:sig_job_control}) e salva lo stato di uscita specificato in
+\param{status} che può essere raccolto usando la funzione \func{wait} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_wait}).
+
+Si tenga presente infine che oltre alla conclusione ``\textsl{normale}''
+appena illustrata esiste anche la possibilità di una conclusione
+``\textsl{anomala}'' del programma a causa della ricezione di un segnale
+(tratteremo i segnali in cap.~\ref{cha:signals}) o della chiamata alla
+funzione \func{abort}; torneremo su questo in sez.~\ref{sec:proc_termination}.
+
+
+\subsection{Esecuzione di funzioni preliminari all'uscita}
\label{sec:proc_atexit}
-Un'esigenza comune che si incontra nella programmazione è quella di dover
-effettuare una serie di operazioni di pulizia (ad esempio salvare dei dati,
-ripristinare delle impostazioni, eliminare dei file temporanei, ecc.) prima
-della conclusione di un programma. In genere queste operazioni vengono fatte
-in un'apposita sezione del programma, ma quando si realizza una libreria
-diventa antipatico dover richiedere una chiamata esplicita ad una funzione di
-pulizia al programmatore che la utilizza.
+Un'esigenza comune che si incontra è quella di dover effettuare una serie di
+operazioni di pulizia prima della conclusione di un programma, ad esempio
+salvare dei dati, ripristinare delle impostazioni, eliminare dei file
+temporanei, ecc. In genere queste operazioni vengono fatte in un'apposita
+sezione del programma, ma quando si realizza una libreria diventa antipatico
+dover richiedere una chiamata esplicita ad una funzione di pulizia al
+programmatore che la utilizza.
È invece molto meno soggetto ad errori, e completamente trasparente
-all'utente, avere la possibilità di effettuare automaticamente la chiamata ad
-una funzione che effettui tali operazioni all'uscita dal programma. A questo
-scopo lo standard ANSI C prevede la possibilità di registrare un certo numero
-di funzioni che verranno eseguite all'uscita dal programma (sia per la
-chiamata ad \func{exit} che per il ritorno di \func{main}). La prima funzione
-che si può utilizzare a tal fine è \funcd{atexit} il cui prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void atexit(void (*function)(void))}
- Registra la funzione \param{function} per la chiamata all'uscita dal
- programma.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce $0$ in caso di successo e $-1$ in caso di
- fallimento, \var{errno} non viene modificata.}
-\end{prototype}
-\noindent la funzione richiede come argomento l'indirizzo di una opportuna
-funzione di pulizia da chiamare all'uscita del programma, che non deve
-prendere argomenti e non deve ritornare niente (deve essere cioè definita come
-\code{void function(void)}).
-
-Un'estensione di \func{atexit} è la funzione \funcd{on\_exit}, che le
-\acr{glibc} includono per compatibilità con SunOS, ma che non è detto sia
-definita su altri sistemi; il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}
-{void on\_exit(void (*function)(int , void *), void *arg)}
- Registra la funzione \param{function} per la chiamata all'uscita dal
- programma.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
- fallimento, \var{errno} non viene modificata.}
-\end{prototype}
+all'utente, avere la possibilità di fare effettuare automaticamente la
+chiamata ad una funzione che effettui tali operazioni all'uscita dal
+programma. A questo scopo lo standard ANSI C prevede la possibilità di
+registrare un certo numero di funzioni che verranno eseguite all'uscita dal
+programma,\footnote{nel caso di \func{atexit} lo standard POSIX.1-2001
+ richiede che siano registrabili almeno \constd{ATEXIT\_MAX} funzioni (il
+ valore può essere ottenuto con \func{sysconf}, vedi
+ sez.~\ref{sec:sys_limits}).} sia per la chiamata ad \func{exit} che per il
+ritorno di \code{main}. La prima funzione che si può utilizzare a tal fine è
+\funcd{atexit}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{int atexit(void (*function)(void))}
+\fdesc{Registra la funzione \param{function} per la chiamata all'uscita
+ dal programma.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, \var{errno}
+ non viene modificata.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede come argomento \param{function} l'indirizzo di una
+opportuna funzione di pulizia da chiamare all'uscita del programma, che non
+deve prendere argomenti e non deve ritornare niente. In sostanza deve la
+funzione di pulizia dovrà essere definita come \code{void function(void)}.
+
+Un'estensione di \func{atexit} è la funzione \funcd{on\_exit}, che la
+\acr{glibc} include per compatibilità con SunOS ma che non è detto sia
+definita su altri sistemi,\footnote{la funzione è disponibile dalla
+ \acr{glibc} 2.19 definendo la macro \macro{\_DEFAULT\_SOURCE}, mentre in
+ precedenza erano necessarie \macro{\_BSD\_SOURCE} o \macro{\_SVID\_SOURCE};
+ non essendo prevista dallo standard POSIX è in generale preferibile evitarne
+ l'uso.} il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{int on\_exit(void (*function)(int, void *), void *arg))}
+\fdesc{Registra la funzione \param{function} per la chiamata all'uscita dal
+ programma.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, \var{errno}
+ non viene modificata.}
+\end{funcproto}
In questo caso la funzione da chiamare all'uscita prende i due argomenti
-specificati nel prototipo, dovrà cioè essere definita come \code{void
- function(int status, void *argp)}. Il primo argomento sarà inizializzato
-allo stato di uscita con cui è stata chiamata \func{exit} ed il secondo al
-puntatore \param{arg} passato come secondo argomento di \func{on\_exit}. Così
-diventa possibile passare dei dati alla funzione di chiusura.
+specificati nel prototipo, un intero ed un puntatore; dovrà cioè essere
+definita come \code{void function(int status, void *argp)}. Il primo argomento
+sarà inizializzato allo stato di uscita con cui è stata chiamata \func{exit}
+ed il secondo al puntatore \param{arg} passato come secondo argomento di
+\func{on\_exit}. Così diventa possibile passare dei dati alla funzione di
+chiusura.
Nella sequenza di chiusura tutte le funzioni registrate verranno chiamate in
-ordine inverso rispetto a quello di registrazione (ed una stessa funzione
-registrata più volte sarà chiamata più volte); poi verranno chiusi tutti gli
-stream aperti, infine verrà chiamata \func{\_exit}.
+ordine inverso rispetto a quello di registrazione, ed una stessa funzione
+registrata più volte sarà chiamata più volte. Siccome entrambe le funzioni
+\func{atexit} e \func{on\_exit} fanno riferimento alla stessa lista, l'ordine
+di esecuzione sarà riferito alla registrazione in quanto tale,
+indipendentemente dalla funzione usata per farla.
+
+Una volta completata l'esecuzione di tutte le funzioni registrate verranno
+chiusi tutti gli \textit{stream} aperti ed infine verrà chiamata \func{\_exit}
+per la terminazione del programma. Questa è la sequenza ordinaria, eseguita a
+meno che una delle funzioni registrate non esegua al suo interno
+\func{\_exit}, nel qual caso la terminazione del programma sarà immediata ed
+anche le successive funzioni registrate non saranno invocate.
+
+Se invece all'interno di una delle funzioni registrate si chiama un'altra
+volta \func{exit} lo standard POSIX.1-2001 prescrive un comportamento
+indefinito, con la possibilità (che su Linux comunque non c'è) di una
+ripetizione infinita. Pertanto questa eventualità è da evitare nel modo più
+assoluto. Una altro comportamento indefinito si può avere se si termina
+l'esecuzione di una delle funzioni registrate con \func{longjmp} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_longjmp}).
+Si tenga presente infine che in caso di terminazione anomala di un processo
+(ad esempio a causa di un segnale) nessuna delle funzioni registrate verrà
+eseguita e che se invece si crea un nuovo processo con \func{fork} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_fork}) questo manterrà tutte le funzioni già registrate.
-\subsection{Conclusioni}
+
+\subsection{Un riepilogo}
\label{sec:proc_term_conclusion}
-Data l'importanza dell'argomento è opportuno sottolineare ancora una volta che
-in un sistema Unix l'unico modo in cui un programma può essere eseguito dal
-kernel è attraverso la chiamata alla system call \func{execve} (o attraverso
-una delle funzioni della famiglia \func{exec} che vedremo in
+Data l'importanza dell'argomento è opportuno un piccolo riepilogo dei fatti
+essenziali relativi alla esecuzione di un programma. Il primo punto da
+sottolineare è che in un sistema unix-like l'unico modo in cui un programma
+può essere eseguito dal kernel è attraverso la chiamata alla \textit{system
+ call} \func{execve}, sia direttamente che attraverso una delle funzioni
+della famiglia \func{exec} che ne semplificano l'uso (vedi
sez.~\ref{sec:proc_exec}).
Allo stesso modo l'unico modo in cui un programma può concludere
-volontariamente la sua esecuzione è attraverso una chiamata alla system call
-\func{\_exit}, o esplicitamente, o in maniera indiretta attraverso l'uso di
-\func{exit} o il ritorno di \func{main}.
+volontariamente la propria esecuzione è attraverso una chiamata alla
+\textit{system call} \func{\_exit}, sia che questa venga fatta esplicitamente,
+o in maniera indiretta attraverso l'uso di \func{exit} o il ritorno di
+\code{main}.
Uno schema riassuntivo che illustra le modalità con cui si avvia e conclude
normalmente un programma è riportato in fig.~\ref{fig:proc_prog_start_stop}.
\begin{figure}[htb]
\centering
-% \includegraphics[width=9cm]{img/proc_beginend}
- \begin{tikzpicture}[>=stealth]
- \filldraw[fill=black!35] (-0.3,0) rectangle (12,1);
- \draw(5.5,0.5) node {\large{kernel}};
+ \includegraphics[width=9cm]{img/proc_beginend}
+ % \begin{tikzpicture}[>=stealth]
+ % \filldraw[fill=black!35] (-0.3,0) rectangle (12,1);
+ % \draw(5.5,0.5) node {\large{\textsf{kernel}}};
- \filldraw[fill=black!15] (1.5,2) rectangle (4,3);
- \draw (2.75,2.5) node {\texttt{ld-linux.so}};
- \draw [->] (2.75,1) -- (2.75,2);
- \draw (2.75,1.5) node [anchor=west]{\texttt{exec}};
+ % \filldraw[fill=black!15] (1.5,2) rectangle (4,3);
+ % \draw (2.75,2.5) node {\texttt{ld-linux.so}};
+ % \draw [->] (2.75,1) -- (2.75,2);
+ % \draw (2.75,1.5) node [anchor=west]{\texttt{execve}};
- \filldraw[fill=black!15,rounded corners] (1.5,4) rectangle (4,5);
- \draw (2.75,4.5) node {\texttt{main}};
+ % \filldraw[fill=black!15,rounded corners] (1.5,4) rectangle (4,5);
+ % \draw (2.75,4.5) node {\texttt{main}};
- \draw [<->, dashed] (2.75,3) -- (2.75,4);
- \draw [->] (1.5,4.5) -- (0.3,4.5) -- (0.3,1);
- \draw (0.9,4.5) node [anchor=south] {\texttt{\_exit}};
+ % \draw [<->, dashed] (2.75,3) -- (2.75,4);
+ % \draw [->] (1.5,4.5) -- (0.3,4.5) -- (0.3,1);
+ % \draw (0.9,4.5) node [anchor=south] {\texttt{\_exit}};
- \filldraw[fill=black!15,rounded corners] (1.5,6) rectangle (4,7);
- \draw (2.75,6.5) node {\texttt{funzione}};
+ % \filldraw[fill=black!15,rounded corners] (1.5,6) rectangle (4,7);
+ % \draw (2.75,6.5) node {\texttt{funzione}};
- \draw [<->, dashed] (2.75,5) -- (2.75,6);
- \draw [->] (1.5,6.5) -- (0.05,6.5) -- (0.05,1);
- \draw (0.9,6.5) node [anchor=south] {\texttt{\_exit}};
+ % \draw [<->, dashed] (2.75,5) -- (2.75,6);
+ % \draw [->] (1.5,6.5) -- (0.05,6.5) -- (0.05,1);
+ % \draw (0.9,6.5) node [anchor=south] {\texttt{\_exit}};
- \draw (6.75,4.5) node (exit) [rectangle,fill=black!15,minimum width=2.5cm,minimum height=1cm,rounded corners, draw]{\texttt{exit}};
+ % \draw (6.75,4.5) node (exit) [rectangle,fill=black!15,minimum width=2.5cm,minimum height=1cm,rounded corners, draw]{\texttt{exit}};
- \draw[->] (4,6.5) -- node[anchor=south west]{\texttt{exit}} (exit);
- \draw[->] (4,4.5) -- node[anchor=south]{\texttt{exit}} (exit);
- \draw[->] (exit) -- node[anchor=east]{\texttt{\_exit}}(6.75,1);
+ % \draw[->] (4,6.5) -- node[anchor=south west]{\texttt{exit}} (exit);
+ % \draw[->] (4,4.5) -- node[anchor=south]{\texttt{exit}} (exit);
+ % \draw[->] (exit) -- node[anchor=east]{\texttt{\_exit}}(6.75,1);
- \draw (10,4.5) node (exithandler1) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{exit handler};
- \draw (10,5.5) node (exithandler2) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{exit handler};
- \draw (10,3.5) node (stream) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{chiusura stream};
+ % \draw (10,4.5) node (exithandler1) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{\textsf{exit handler}};
+ % \draw (10,5.5) node (exithandler2) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{\textsf{exit handler}};
+ % \draw (10,3.5) node (stream) [rectangle,fill=black!15,rounded corners, draw]{\textsf{chiusura stream}};
- \draw[<->, dashed] (exithandler1) -- (exit);
- \draw[<->, dashed] (exithandler2) -- (exit);
- \draw[<->, dashed] (stream) -- (exit);
- \end{tikzpicture}
+ % \draw[<->, dashed] (exithandler1) -- (exit);
+ % \draw[<->, dashed] (exithandler2) -- (exit);
+ % \draw[<->, dashed] (stream) -- (exit);
+ % \end{tikzpicture}
\caption{Schema dell'avvio e della conclusione di un programma.}
\label{fig:proc_prog_start_stop}
\end{figure}
\section{I processi e l'uso della memoria}
\label{sec:proc_memory}
-Una delle risorse base che ciascun processo ha a disposizione è la memoria, e
-la gestione della memoria è appunto uno degli aspetti più complessi di un
-sistema unix-like. In questa sezione, dopo una breve introduzione ai concetti
-base, esamineremo come la memoria viene vista da parte di un programma in
-esecuzione, e le varie funzioni utilizzabili per la sua gestione.
+Una delle risorse più importanti che ciascun processo ha a disposizione è la
+memoria, e la gestione della memoria è appunto uno degli aspetti più complessi
+di un sistema unix-like. In questa sezione, dopo una breve introduzione ai
+concetti di base, esamineremo come la memoria viene vista da parte di un
+programma in esecuzione, e le varie funzioni utilizzabili per la sua gestione.
\subsection{I concetti generali}
\label{sec:proc_mem_gen}
+\index{memoria~virtuale|(}
+
Ci sono vari modi in cui i sistemi operativi organizzano la memoria, ed i
dettagli di basso livello dipendono spesso in maniera diretta
dall'architettura dell'hardware, ma quello più tipico, usato dai sistemi
-unix-like come Linux è la cosiddetta \index{memoria~virtuale} \textsl{memoria
- virtuale} che consiste nell'assegnare ad ogni processo uno spazio virtuale
-di indirizzamento lineare, in cui gli indirizzi vanno da zero ad un qualche
-valore massimo.\footnote{nel caso di Linux fino al kernel 2.2 detto massimo
- era, per macchine a 32bit, di 2Gb. Con il kernel 2.4 ed il supporto per la
- \textit{high-memory} il limite è stato esteso anche per macchine a 32 bit.}
-
-Come accennato in cap.~\ref{cha:intro_unix} questo spazio di indirizzi è
-virtuale e non corrisponde all'effettiva posizione dei dati nella RAM del
-computer; in genere detto spazio non è neppure continuo (cioè non tutti gli
-indirizzi possibili sono utilizzabili, e quelli usabili non sono
-necessariamente adiacenti).
+unix-like come Linux è la cosiddetta \textsl{memoria virtuale} che consiste
+nell'assegnare ad ogni processo uno spazio virtuale di indirizzamento lineare,
+in cui gli indirizzi vanno da zero ad un qualche valore massimo.\footnote{nel
+ caso di Linux fino al kernel 2.2 detto massimo era, per macchine a 32bit, di
+ 2Gb. Con il kernel 2.4 ed il supporto per la \textit{high-memory} il limite
+ è stato esteso anche per macchine a 32 bit.} Come accennato nel
+cap.~\ref{cha:intro_unix} questo spazio di indirizzi è virtuale e non
+corrisponde all'effettiva posizione dei dati nella RAM del computer. In
+generale detto spazio non è neppure continuo, cioè non tutti gli indirizzi
+possibili sono utilizzabili, e quelli usabili non sono necessariamente
+adiacenti.
+
+\itindbeg{huge~page}
Per la gestione da parte del kernel la memoria viene divisa in pagine di
-dimensione fissa,\footnote{inizialmente questi erano di 4kb sulle macchine a
- 32 bit e di 8kb sulle alpha, con le versioni più recenti del kernel è
- possibile anche utilizzare pagine di dimensioni maggiori (4Mb), per sistemi
- con grandi quantitativi di memoria in cui l'uso di pagine troppo piccole
- comporta una perdita di prestazioni.} e ciascuna pagina nello spazio di
-indirizzi virtuale è associata ad un supporto che può essere una pagina di
-memoria reale o ad un dispositivo di stoccaggio secondario (come lo spazio
-disco riservato alla swap, o i file che contengono il codice). Per ciascun
-processo il kernel si cura di mantenere un mappa di queste corrispondenze
-nella cosiddetta \itindex{page~table} \textit{page table}.\footnote{questa è
- una semplificazione brutale, il meccanismo è molto più complesso; una buona
- trattazione di come Linux gestisce la memoria virtuale si trova su
- \cite{LinVM}.}
+dimensione fissa. Inizialmente queste pagine erano di 4kb sulle macchine a 32
+bit e di 8kb sulle alpha. Con le versioni più recenti del kernel è possibile
+anche utilizzare pagine di dimensioni maggiori (di 4Mb, dette \textit{huge
+ page}), per sistemi con grandi quantitativi di memoria in cui l'uso di
+pagine troppo piccole comporta una perdita di prestazioni. In alcuni sistemi
+la costante \constd{PAGE\_SIZE}, definita in \headfile{limits.h}, indica la
+dimensione di una pagina in byte, con Linux questo non avviene e per ottenere
+questa dimensione si deve ricorrere alla funzione \func{getpagesize} (vedi
+sez.~\ref{sec:sys_memory_res}).
+
+\itindend{huge~page}
+\itindbeg{page~table}
+
+Ciascuna pagina di memoria nello spazio di indirizzi virtuale è associata ad
+un supporto che può essere una pagina di memoria reale o ad un dispositivo di
+stoccaggio secondario (come lo spazio disco riservato alla \textit{swap}, o i
+file che contengono il codice). Per ciascun processo il kernel si cura di
+mantenere un mappa di queste corrispondenze nella cosiddetta \textit{page
+ table}.\footnote{questa è una semplificazione brutale, il meccanismo è molto
+ più complesso; una buona trattazione di come Linux gestisce la memoria
+ virtuale si trova su \cite{LinVM}.}
+
+\itindend{page~table}
Una stessa pagina di memoria reale può fare da supporto a diverse pagine di
-memoria virtuale appartenenti a processi diversi (come accade in genere per le
-pagine che contengono il codice delle librerie condivise). Ad esempio il
-codice della funzione \func{printf} starà su una sola pagina di memoria reale
-che farà da supporto a tutte le pagine di memoria virtuale di tutti i processi
-che hanno detta funzione nel loro codice.
-
-La corrispondenza fra le pagine della \index{memoria~virtuale} memoria
-virtuale di un processo e quelle della memoria fisica della macchina viene
-gestita in maniera trasparente dal kernel.\footnote{in genere con l'ausilio
- dell'hardware di gestione della memoria (la \textit{Memory Management Unit}
- del processore), con i kernel della serie 2.6 è comunque diventato possibile
- utilizzare Linux anche su architetture che non dispongono di una MMU.}
-Poiché in genere la memoria fisica è solo una piccola frazione della memoria
-virtuale, è necessario un meccanismo che permetta di trasferire le pagine che
-servono dal supporto su cui si trovano in memoria, eliminando quelle che non
-servono. Questo meccanismo è detto \index{paginazione} \textsl{paginazione}
-(o \textit{paging}), ed è uno dei compiti principali del kernel.
+memoria virtuale appartenenti a processi diversi, come accade in genere per le
+pagine che contengono il codice delle librerie condivise. Ad esempio il codice
+della funzione \func{printf} starà su una sola pagina di memoria reale che
+farà da supporto a tutte le pagine di memoria virtuale di tutti i processi che
+hanno detta funzione nel loro codice.
+
+\index{paginazione|(}
+
+La corrispondenza fra le pagine della memoria virtuale di un processo e quelle
+della memoria fisica della macchina viene gestita in maniera trasparente dal
+kernel.\footnote{in genere con l'ausilio dell'hardware di gestione della
+ memoria (la \textit{Memory Management Unit} del processore), con i kernel
+ della serie 2.6 è comunque diventato possibile utilizzare Linux anche su
+ architetture che non dispongono di una MMU.} Poiché in genere la memoria
+fisica è solo una piccola frazione della memoria virtuale, è necessario un
+meccanismo che permetta di trasferire le pagine che servono dal supporto su
+cui si trovano in memoria, eliminando quelle che non servono. Questo
+meccanismo è detto \textsl{paginazione} (o \textit{paging}), ed è uno dei
+compiti principali del kernel.
+
+\itindbeg{page~fault}
Quando un processo cerca di accedere ad una pagina che non è nella memoria
-reale, avviene quello che viene chiamato un \itindex{page~fault} \textit{page
- fault}; la gestione della memoria genera un'interruzione e passa il
-controllo al kernel il quale sospende il processo e si incarica di mettere in
-RAM la pagina richiesta (effettuando tutte le operazioni necessarie per
-reperire lo spazio necessario), per poi restituire il controllo al processo.
+reale, avviene quello che viene chiamato un \textit{page fault}; la gestione
+della memoria genera un'interruzione e passa il controllo al kernel il quale
+sospende il processo e si incarica di mettere in RAM la pagina richiesta,
+effettuando tutte le operazioni necessarie per reperire lo spazio necessario,
+per poi restituire il controllo al processo.
Dal punto di vista di un processo questo meccanismo è completamente
trasparente, e tutto avviene come se tutte le pagine fossero sempre
disponibili in memoria. L'unica differenza avvertibile è quella dei tempi di
-esecuzione, che passano dai pochi nanosecondi necessari per l'accesso in RAM,
-a tempi molto più lunghi, dovuti all'intervento del kernel.
+esecuzione, che passano dai pochi nanosecondi necessari per l'accesso in RAM
+se la pagina è direttamente disponibile, a tempi estremamente più lunghi,
+dovuti all'intervento del kernel, qualora sia necessario reperire pagine
+riposte nella \textit{swap}.
+
+\itindend{page~fault}
-Normalmente questo è il prezzo da pagare per avere un multitasking reale, ed
-in genere il sistema è molto efficiente in questo lavoro; quando però ci siano
-esigenze specifiche di prestazioni è possibile usare delle funzioni che
-permettono di bloccare il meccanismo della \index{paginazione} paginazione e
+Normalmente questo è il prezzo da pagare per avere un \textit{multitasking}
+reale, ed in genere il sistema è molto efficiente in questo lavoro; quando
+però ci siano esigenze specifiche di prestazioni è possibile usare delle
+funzioni che permettono di bloccare il meccanismo della paginazione e
mantenere fisse delle pagine in memoria (vedi sez.~\ref{sec:proc_mem_lock}).
-Inoltre per certe applicazioni gli algoritmi di gestione della memoria
+
+\index{paginazione|)}
+\index{memoria~virtuale|)}
\subsection{La struttura della memoria di un processo}
\label{sec:proc_mem_layout}
+\itindbeg{segment~violation}
+
Benché lo spazio di indirizzi virtuali copra un intervallo molto ampio, solo
una parte di essi è effettivamente allocato ed utilizzabile dal processo; il
tentativo di accedere ad un indirizzo non allocato è un tipico errore che si
commette quando si è manipolato male un puntatore e genera quella che viene
-chiamata una \itindex{segment~violation} \textit{segment violation}. Se si
-tenta cioè di leggere o scrivere da un indirizzo per il quale non esiste
-un'associazione della pagina virtuale, il kernel risponde al relativo
-\itindex{page~fault} \textit{page fault} mandando un segnale \const{SIGSEGV}
-al processo, che normalmente ne causa la terminazione immediata.
-
-È pertanto importante capire come viene strutturata \index{memoria~virtuale}
-\textsl{la memoria virtuale} di un processo. Essa viene divisa in
-\textsl{segmenti}, cioè un insieme contiguo di indirizzi virtuali ai quali il
-processo può accedere. Solitamente un programma C viene suddiviso nei
-seguenti segmenti:
-
+chiamata una \textit{segment violation}. Se si tenta cioè di leggere o
+scrivere con un indirizzo per il quale non esiste un'associazione nella
+memoria virtuale, il kernel risponde al relativo \textit{page fault} mandando
+un segnale \signal{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la
+terminazione immediata.
+
+\itindend{segment~violation}
+
+È pertanto importante capire come viene strutturata la memoria virtuale di un
+processo. Essa viene divisa in \textsl{segmenti}, cioè un insieme contiguo di
+indirizzi virtuali ai quali il processo può accedere. Solitamente un
+programma C viene suddiviso nei seguenti segmenti:
+\index{segmento!testo|(}
+\index{segmento!dati|(}
+\itindbeg{heap}
+\itindbeg{stack}
\begin{enumerate}
-\item Il \index{segmento!testo} segmento di testo o \textit{text segment}.
- Contiene il codice del programma, delle funzioni di librerie da esso
- utilizzate, e le costanti. Normalmente viene condiviso fra tutti i processi
- che eseguono lo stesso programma (e anche da processi che eseguono altri
- programmi nel caso delle librerie). Viene marcato in sola lettura per
+\item Il \textsl{segmento di testo} o \textit{text segment}. Contiene il
+ codice del programma, delle funzioni di librerie da esso utilizzate, e le
+ costanti. Normalmente viene condiviso fra tutti i processi che eseguono lo
+ stesso programma e nel caso delle librerie anche da processi che eseguono
+ altri programmi.
+
+ Quando l'architettura hardware lo supporta viene marcato in sola lettura per
evitare sovrascritture accidentali (o maliziose) che ne modifichino le
- istruzioni.
-
- Viene allocato da \func{exec} all'avvio del programma e resta invariato
- per tutto il tempo dell'esecuzione.
-
-\item Il \index{segmento!dati} segmento dei dati o \textit{data segment}.
- Contiene le variabili globali (cioè quelle definite al di fuori di tutte le
- funzioni che compongono il programma) e le variabili statiche (cioè quelle
- dichiarate con l'attributo \ctyp{static}). Di norma è diviso in due parti.
-
- La prima parte è il segmento dei dati inizializzati, che contiene le
- variabili il cui valore è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio
- se si definisce:
-\includecodesnip{listati/pi.c}
- questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. La memoria di questo
- segmento viene preallocata all'avvio del programma e inizializzata ai valori
- specificati.
-
- La seconda parte è il segmento dei dati non inizializzati, che contiene le
- variabili il cui valore non è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio se
- si definisce:
-\includecodesnip{listati/vect.c}
- questo vettore sarà immagazzinato in questo segmento. Anch'esso viene
- allocato all'avvio, e tutte le variabili vengono inizializzate a zero (ed i
- puntatori a \val{NULL}).\footnote{si ricordi che questo vale solo per le
- variabili che vanno nel segmento dati, e non è affatto vero in generale.}
-
- Storicamente questa seconda parte del segmento dati viene chiamata BSS (da
- \textit{Block Started by Symbol}). La sua dimensione è fissa.
-
-\item Lo \itindex{heap} \textit{heap}. Tecnicamente lo si può considerare
- l'estensione del segmento dati, a cui di solito è posto giusto di seguito. È
- qui che avviene l'allocazione dinamica della memoria; può essere
- ridimensionato allocando e disallocando la memoria dinamica con le apposite
- funzioni (vedi sez.~\ref{sec:proc_mem_alloc}), ma il suo limite inferiore
- (quello adiacente al segmento dati) ha una posizione fissa.
-
-\item Il segmento di \itindex{stack} \textit{stack}, che contiene quello che
- viene chiamato \textit{stack} del programma. Tutte le volte che si effettua
- una chiamata ad una funzione è qui che viene salvato l'indirizzo di ritorno
- e le informazioni dello stato del chiamante (tipo il contenuto di alcuni
- registri della CPU), poi la funzione chiamata alloca qui lo spazio per le
- sue variabili locali. Tutti questi dati vengono \textit{impilati} (da questo
- viene il nome \itindex{stack} \textit{stack}) in sequenza uno sull'altro; in
- questo modo le funzioni possono essere chiamate ricorsivamente. Al ritorno
- della funzione lo spazio è automaticamente rilasciato e
- ``\textsl{ripulito}''.\footnote{il compilatore si incarica di generare
- automaticamente il codice necessario, seguendo quella che viene chiamata
- una \textit{calling convention}; quella standard usata con il C ed il C++
- è detta \textit{cdecl} e prevede che gli argomenti siano caricati nello
- \textit{stack} dal chiamante da destra a sinistra, e che sia il chiamante
- stesso ad eseguire la ripulitura dello \textit{stack} al ritorno della
- funzione, se ne possono però utilizzare di alternative (ad esempio nel
- Pascal gli argomenti sono inseriti da sinistra a destra ed è compito del
- chiamato ripulire lo \textit{stack}), in genere non ci si deve preoccupare
- di questo fintanto che non si mescolano funzioni scritte con linguaggi
- diversi.}
+ istruzioni. Viene allocato da \func{execve} all'avvio del programma e resta
+ invariato per tutto il tempo dell'esecuzione.
+\index{variabili!globali|(}
+\index{variabili!statiche|(}
+\item Il \textsl{segmento dei dati} o \textit{data segment}. Contiene tutti i
+ dati del programma, come le \textsl{variabili globali}, cioè quelle definite
+ al di fuori di tutte le funzioni che compongono il programma, e le
+ \textsl{variabili statiche}, cioè quelle dichiarate con l'attributo
+ \direct{static},\footnote{la direttiva \direct{static} indica al compilatore
+ C che una variabile così dichiarata all'interno di una funzione deve
+ essere mantenuta staticamente in memoria (nel segmento dati appunto);
+ questo significa che la variabile verrà inizializzata una sola volta alla
+ prima invocazione della funzione e che il suo valore sarà mantenuto fra
+ diverse esecuzioni della funzione stessa, la differenza con una variabile
+ globale è che essa può essere vista solo all'interno della funzione in cui
+ è dichiarata.} e la memoria allocata dinamicamente. Di norma è diviso in
+ tre parti:
+ \begin{itemize}
+ \item Il segmento dei dati inizializzati, che contiene le variabili il cui
+ valore è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio se si definisce:
+ \includecodesnip{listati/pi.c}
+ questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. La memoria di questo
+ segmento viene preallocata all'avvio del programma e inizializzata ai valori
+ specificati.
+ \item Il segmento dei dati non inizializzati, che contiene le variabili il
+ cui valore non è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio se si
+ definisce:
+ \includecodesnip{listati/vect.c}
+ questo vettore sarà immagazzinato in questo segmento. Anch'esso viene
+ allocato all'avvio, e tutte le variabili vengono inizializzate a zero (ed
+ i puntatori a \val{NULL}).\footnote{si ricordi che questo vale solo per le
+ variabili che vanno nel segmento dati, e non è affatto vero in
+ generale.} Storicamente questa seconda parte del segmento dati viene
+ chiamata \itindex{Block~Started~by~Symbol~(BSS)} BSS (da \textit{Block
+ Started by Symbol}). La sua dimensione è fissa.
+ \index{variabili!globali|)} \index{variabili!statiche|)}
+ \item Lo \textit{heap}, detto anche \textit{free store}. Tecnicamente lo si
+ può considerare l'estensione del segmento dei dati non inizializzati, a
+ cui di solito è posto giusto di seguito. Questo è il segmento che viene
+ utilizzato per l'allocazione dinamica della memoria. Lo \textit{heap} può
+ essere ridimensionato allargandolo e restringendolo per allocare e
+ disallocare la memoria dinamica con le apposite funzioni (vedi
+ sez.~\ref{sec:proc_mem_alloc}), ma il suo limite inferiore, quello
+ adiacente al segmento dei dati non inizializzati, ha una posizione fissa.
+ \end{itemize}
+\item Il segmento di \textit{stack}, che contiene quello che viene chiamato lo
+ ``\textit{stack}'' del programma. Tutte le volte che si effettua una
+ chiamata ad una funzione è qui che viene salvato l'indirizzo di ritorno e le
+ informazioni dello stato del chiamante (come il contenuto di alcuni registri
+ della CPU), poi la funzione chiamata alloca qui lo spazio per le sue
+ variabili locali. Tutti questi dati vengono \textit{impilati} (da questo
+ viene il nome \textit{stack}) in sequenza uno sull'altro; in questo modo le
+ funzioni possono essere chiamate ricorsivamente. Al ritorno della funzione
+ lo spazio è automaticamente rilasciato e ``\textsl{ripulito}''.\footnote{il
+ compilatore si incarica di generare automaticamente il codice necessario,
+ seguendo quella che viene chiamata una \textit{calling convention}; quella
+ standard usata con il C ed il C++ è detta \textit{cdecl} e prevede che gli
+ argomenti siano caricati nello \textit{stack} dal chiamante da destra a
+ sinistra, e che sia il chiamante stesso ad eseguire la ripulitura dello
+ \textit{stack} al ritorno della funzione, se ne possono però utilizzare di
+ alternative (ad esempio nel Pascal gli argomenti sono inseriti da sinistra
+ a destra ed è compito del chiamato ripulire lo \textit{stack}), in genere
+ non ci si deve preoccupare di questo fintanto che non si mescolano
+ funzioni scritte con linguaggi diversi.}
La dimensione di questo segmento aumenta seguendo la crescita dello
- \itindex{stack} \textit{stack} del programma, ma non viene ridotta quando
- quest'ultimo si restringe.
+ \textit{stack} del programma, ma non viene ridotta quando quest'ultimo si
+ restringe.
\end{enumerate}
\begin{figure}[htb]
\centering
-% \includegraphics[height=12cm]{img/memory_layout}
- \begin{tikzpicture}
- \draw (0,0) rectangle (4,1);
- \draw (2,0.5) node {text};
- \draw (0,1) rectangle (4,2.5);
- \draw (2,1.75) node {dati inizializzati};
- \draw (0,2.5) rectangle (4,5);
- \draw (2,3.75) node {dati non inizializzati};
- \draw (0,5) rectangle (4,9);
- \draw[dashed] (0,6) -- (4,6);
- \draw[dashed] (0,8) -- (4,8);
- \draw (2,5.5) node {heap};
- \draw (2,8.5) node {stack};
- \draw [->] (2,6) -- (2,6.5);
- \draw [->] (2,8) -- (2,7.5);
- \draw (0,9) rectangle (4,10);
- \draw (2,9.5) node {environment};
- \draw (4,0) node [anchor=west] {\texttt{0x08000000}};
- \draw (4,5) node [anchor=west] {\texttt{0x08xxxxxx}};
- \draw (4,9) node [anchor=west] {\texttt{0xC0000000}};
- \end{tikzpicture}
+ \includegraphics[height=10cm]{img/memory_layout}
+ % \begin{tikzpicture}
+ % \draw (0,0) rectangle (4,1);
+ % \draw (2,0.5) node {\textit{text}};
+ % \draw (0,1) rectangle (4,2.5);
+ % \draw (2,1.75) node {dati inizializzati};
+ % \draw (0,2.5) rectangle (4,5);
+ % \draw (2,3.75) node {dati non inizializzati};
+ % \draw (0,5) rectangle (4,9);
+ % \draw[dashed] (0,6) -- (4,6);
+ % \draw[dashed] (0,8) -- (4,8);
+ % \draw (2,5.5) node {\textit{heap}};
+ % \draw (2,8.5) node {\textit{stack}};
+ % \draw [->] (2,6) -- (2,6.5);
+ % \draw [->] (2,8) -- (2,7.5);
+ % \draw (0,9) rectangle (4,10);
+ % \draw (2,9.5) node {\textit{environment}};
+ % \draw (4,0) node [anchor=west] {\texttt{0x08000000}};
+ % \draw (4,5) node [anchor=west] {\texttt{0x08xxxxxx}};
+ % \draw (4,9) node [anchor=west] {\texttt{0xC0000000}};
+ % \end{tikzpicture}
\caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo.}
\label{fig:proc_mem_layout}
\end{figure}
-Una disposizione tipica dei vari segmenti (testo, \itindex{heap}
-\textit{heap}, \itindex{stack} \textit{stack}, ecc.) è riportata in
-fig.~\ref{fig:proc_mem_layout}. Usando il comando \cmd{size} su un programma
-se ne può stampare le dimensioni dei segmenti di testo e di dati
-(inizializzati e BSS); si tenga presente però che il BSS non è mai salvato sul
-file che contiene l'eseguibile, dato che viene sempre inizializzato a zero al
-caricamento del programma.
+Una disposizione tipica dei vari segmenti (testo, dati inizializzati e non
+inizializzati, \textit{heap}, \textit{stack}, ecc.) è riportata in
+fig.~\ref{fig:proc_mem_layout}. Si noti come in figura sia indicata una
+ulteriore regione, marcata \textit{environment}, che è quella che contiene i
+dati relativi alle variabili di ambiente passate al programma al suo avvio
+(torneremo su questo argomento in sez.~\ref{sec:proc_environ}).
+
+Usando il comando \cmd{size} su un programma se ne può stampare le dimensioni
+dei segmenti di testo e di dati (solo però per i dati inizializzati ed il BSS,
+dato che lo \textit{heap} ha una dimensione dinamica). Si tenga presente
+comunque che il BSS, contrariamente al segmento dei dati inizializzati, non è
+mai salvato sul file che contiene l'eseguibile, dato che viene sempre
+inizializzato a zero al caricamento del programma.
+
+\index{segmento!testo|)}
+\index{segmento!dati|)}
+\itindend{heap}
+\itindend{stack}
\subsection{Allocazione della memoria per i programmi C}
L'\textsl{allocazione statica} è quella con cui sono memorizzate le variabili
globali e le variabili statiche, cioè le variabili il cui valore deve essere
mantenuto per tutta la durata del programma. Come accennato queste variabili
-vengono allocate nel \index{segmento!dati} segmento dei dati all'avvio del
-programma (come parte delle operazioni svolte da \func{exec}) e lo spazio da
-loro occupato non viene liberato fino alla sua conclusione.
+vengono allocate nel segmento dei dati all'avvio del programma come parte
+delle operazioni svolte da \func{exec}, e lo spazio da loro occupato non viene
+liberato fino alla sua conclusione.
+
+\index{variabili!automatiche|(}
L'\textsl{allocazione automatica} è quella che avviene per gli argomenti di
-una funzione e per le sue variabili locali (le cosiddette \textsl{variabili
- automatiche}), che esistono solo per la durata della funzione. Lo spazio
-per queste variabili viene allocato nello \itindex{stack} \textit{stack} quando
-viene eseguita la funzione e liberato quando si esce dalla medesima.
+una funzione e per le sue variabili locali, quelle che vengono definite
+all'interno della funzione che esistono solo per la durata della sua
+esecuzione e che per questo vengono anche dette \textsl{variabili
+ automatiche}. Lo spazio per queste variabili viene allocato nello
+\textit{stack} quando viene eseguita la funzione e liberato quando si esce
+dalla medesima.
+
+\index{variabili!automatiche|)}
Esiste però un terzo tipo di allocazione, l'\textsl{allocazione dinamica}
della memoria, che non è prevista direttamente all'interno del linguaggio C,
ma che è necessaria quando il quantitativo di memoria che serve è
-determinabile solo durante il corso dell'esecuzione del programma.
-
-Il C non consente di usare variabili allocate dinamicamente, non è possibile
-cioè definire in fase di programmazione una variabile le cui dimensioni
-possano essere modificate durante l'esecuzione del programma. Per questo le
-librerie del C forniscono una serie opportuna di funzioni per eseguire
-l'allocazione dinamica di memoria (in genere nello \itindex{heap}
-\textit{heap}).
+determinabile solo durante il corso dell'esecuzione del programma. Il C non
+consente di usare variabili allocate dinamicamente, non è possibile cioè
+definire in fase di programmazione una variabile le cui dimensioni possano
+essere modificate durante l'esecuzione del programma. Per questo la libreria
+standard del C fornisce una opportuna serie di funzioni per eseguire
+l'allocazione dinamica di memoria, che come accennato avviene nello
+\textit{heap}.
Le variabili il cui contenuto è allocato in questo modo non potranno essere
-usate direttamente come le altre (quelle nello \itindex{stack}
-\textit{stack}), ma l'accesso sarà possibile solo in maniera indiretta,
-attraverso i puntatori alla memoria loro riservata che si sono ottenuti dalle
-funzioni di allocazione.
-
+usate direttamente come le altre (quelle nello \textit{stack}), ma l'accesso
+sarà possibile solo in maniera indiretta, attraverso i puntatori alla memoria
+loro riservata che si sono ottenuti dalle funzioni di allocazione.
Le funzioni previste dallo standard ANSI C per la gestione della memoria sono
-quattro: \funcd{malloc}, \funcd{calloc}, \funcd{realloc} e \funcd{free}, i
-loro prototipi sono i seguenti:
-\begin{functions}
-\headdecl{stdlib.h}
-\funcdecl{void *calloc(size\_t nmemb, size\_t size)}
- Alloca nello \textit{heap} un'area di memoria per un vettore di
- \param{nmemb} membri di \param{size} byte di dimensione. La memoria viene
- inizializzata a 0.
-
- La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} assumerà il valore \errval{ENOMEM}.
-\funcdecl{void *malloc(size\_t size)}
- Alloca \param{size} byte nello \textit{heap}. La memoria non viene
- inizializzata.
-
- La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} assumerà il valore \errval{ENOMEM}.
-\funcdecl{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
- Cambia la dimensione del blocco allocato all'indirizzo \param{ptr}
- portandola a \param{size}.
-
- La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} assumerà il valore \errval{ENOMEM}.
-\funcdecl{void free(void *ptr)}
- Disalloca lo spazio di memoria puntato da \param{ptr}.
-
- La funzione non ritorna nulla e non riporta errori.
-\end{functions}
-Il puntatore ritornato dalle funzioni di allocazione è garantito essere sempre
-allineato correttamente per tutti i tipi di dati; ad esempio sulle macchine a
-32 bit in genere è allineato a multipli di 4 byte e sulle macchine a 64 bit a
-multipli di 8 byte.
-
-In genere si usano le funzioni \func{malloc} e \func{calloc} per allocare
-dinamicamente la quantità di memoria necessaria al programma indicata da
-\param{size},\footnote{queste funzioni presentano un comportamento diverso fra
- le \acr{glibc} e le \acr{uClib} quando il valore di \param{size} è nullo.
- Nel primo caso viene comunque restituito un puntatore valido, anche se non è
- chiaro a cosa esso possa fare riferimento, nel secondo caso viene restituito
- \val{NULL}. Il comportamento è analogo con \code{realloc(NULL, 0)}.} e
-siccome i puntatori ritornati sono di tipo generico non è necessario
-effettuare un cast per assegnarli a puntatori al tipo di variabile per la
-quale si effettua l'allocazione.
-
-La memoria allocata dinamicamente deve essere esplicitamente rilasciata usando
-\func{free}\footnote{le glibc provvedono anche una funzione \func{cfree}
- definita per compatibilità con SunOS, che è deprecata.} una volta che non
-sia più necessaria. Questa funzione vuole come argomento un puntatore
-restituito da una precedente chiamata a una qualunque delle funzioni di
-allocazione che non sia già stato liberato da un'altra chiamata a \func{free},
-in caso contrario il comportamento della funzione è indefinito.
-
-La funzione \func{realloc} si usa invece per cambiare (in genere aumentare) la
-dimensione di un'area di memoria precedentemente allocata, la funzione vuole
-in ingresso il puntatore restituito dalla precedente chiamata ad una
-\func{malloc} (se è passato un valore \val{NULL} allora la funzione si
-comporta come \func{malloc})\footnote{questo è vero per Linux e
- l'implementazione secondo lo standard ANSI C, ma non è vero per alcune
- vecchie implementazioni, inoltre alcune versioni delle librerie del C
- consentivano di usare \func{realloc} anche per un puntatore liberato con
- \func{free} purché non ci fossero state nel frattempo altre chiamate a
- funzioni di allocazione, questa funzionalità è totalmente deprecata e non è
- consentita sotto Linux.} ad esempio quando si deve far crescere la
-dimensione di un vettore. In questo caso se è disponibile dello spazio
-adiacente al precedente la funzione lo utilizza, altrimenti rialloca altrove
-un blocco della dimensione voluta, copiandoci automaticamente il contenuto; lo
-spazio aggiunto non viene inizializzato.
+quattro: \func{malloc}, \func{calloc}, \func{realloc} e \func{free}. Le prime
+due, \funcd{malloc} e \funcd{calloc} allocano nuovo spazio di memoria; i
+rispettivi prototipi sono:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{void *calloc(size\_t nmemb, size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un'area di memoria inizializzata a 0.}
+\fdecl{void *malloc(size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un'area di memoria non inizializzata.}
+}
+{Entrambe le funzioni restituiscono il puntatore alla zona di memoria allocata
+in caso di successo e \val{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \var{errno} assumerà il valore \errcode{ENOMEM}.}
+\end{funcproto}
+
+In genere si usano \func{malloc} e \func{calloc} per allocare dinamicamente
+un'area di memoria.\footnote{queste funzioni presentano un comportamento
+ diverso fra la \acr{glibc} e la \acr{uClib} quando il valore di \param{size}
+ è nullo. Nel primo caso viene comunque restituito un puntatore valido,
+ anche se non è chiaro a cosa esso possa fare riferimento, nel secondo caso
+ viene restituito \val{NULL}. Il comportamento è analogo con
+ \code{realloc(NULL, 0)}.} Dato che i puntatori ritornati sono di tipo
+generico non è necessario effettuare un cast per assegnarli a puntatori al
+tipo di variabile per la quale si effettua l'allocazione, inoltre le funzioni
+garantiscono che i puntatori siano allineati correttamente per tutti i tipi di
+dati; ad esempio sulle macchine a 32 bit in genere sono allineati a multipli
+di 4 byte e sulle macchine a 64 bit a multipli di 8 byte.
+
+Nel caso di \func{calloc} l'area di memoria viene allocata nello \textit{heap}
+come un vettore di \param{nmemb} membri di \param{size} byte di dimensione, e
+preventivamente inizializzata a zero, nel caso di \func{malloc} invece vengono
+semplicemente allocati \param{size} byte e l'area di memoria non viene
+inizializzata.
+
+Una volta che non sia più necessaria la memoria allocata dinamicamente deve
+essere esplicitamente rilasciata usando la funzione \funcd{free},\footnote{le
+ glibc provvedono anche una funzione \funcm{cfree} definita per compatibilità
+ con SunOS, che è deprecata.} il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{void free(void *ptr)}
+\fdesc{Disalloca un'area di memoria precedentemente allocata.}
+}
+{La funzione non ritorna nulla e non riporta errori.}
+\end{funcproto}
+
+Questa funzione vuole come argomento \var{ptr} il puntatore restituito da una
+precedente chiamata ad una qualunque delle funzioni di allocazione che non sia
+già stato liberato da un'altra chiamata a \func{free}. Se il valore di
+\param{ptr} è \val{NULL} la funzione non fa niente, mentre se l'area di
+memoria era già stata liberata da una precedente chiamata il comportamento
+della funzione è dichiarato indefinito, ma in genere comporta la corruzione
+dei dati di gestione dell'allocazione, che può dar luogo a problemi gravi, ad
+esempio un \textit{segmentation fault} in una successiva chiamata di una di
+queste funzioni.
+
+\itindbeg{double~free}
+
+Dato che questo errore, chiamato in gergo \textit{double free}, è abbastanza
+frequente, specie quando si manipolano vettori di puntatori, e dato che le
+conseguenze possono essere pesanti ed inaspettate, si suggerisce come
+soluzione precauzionale di assegnare sempre a \val{NULL} ogni puntatore su cui
+sia stata eseguita \func{free} immediatamente dopo l'esecuzione della
+funzione. In questo modo, dato che con un puntatore nullo \func{free} non
+esegue nessuna operazione, si evitano i problemi del \textit{double free}.
+
+\itindend{double~free}
+
+Infine la funzione \funcd{realloc} consente di modificare, in genere di
+aumentare, la dimensione di un'area di memoria precedentemente allocata; il
+suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
+\fdesc{Cambia la dimensione di un'area di memoria precedentemente allocata.}
+} {La funzione ritorna il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
+ di successo e \val{NULL} per un errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà il valore \errcode{ENOMEM}.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione vuole come primo argomento il puntatore restituito da una
+precedente chiamata a \func{malloc} o \func{calloc} e come secondo argomento
+la nuova dimensione (in byte) che si intende ottenere. Se si passa
+per \param{ptr} il valore \val{NULL} allora la funzione si comporta come
+\func{malloc}.\footnote{questo è vero per Linux e l'implementazione secondo lo
+ standard ANSI C, ma non è vero per alcune vecchie implementazioni, inoltre
+ alcune versioni delle librerie del C consentivano di usare \func{realloc}
+ anche per un puntatore liberato con \func{free} purché non ci fossero state
+ nel frattempo altre chiamate a funzioni di allocazione, questa funzionalità
+ è totalmente deprecata e non è consentita sotto Linux.}
+
+La funzione si usa ad esempio quando si deve far crescere la dimensione di un
+vettore. In questo caso se è disponibile dello spazio adiacente al precedente
+la funzione lo utilizza, altrimenti rialloca altrove un blocco della
+dimensione voluta, copiandoci automaticamente il contenuto; lo spazio aggiunto
+non viene inizializzato. Se la funzione fallisce l'area di memoria originale
+non viene assolutamente toccata.
Si deve sempre avere ben presente il fatto che il blocco di memoria restituito
da \func{realloc} può non essere un'estensione di quello che gli si è passato
ad un adeguato aggiornamento di tutti gli altri puntatori all'interno del
blocco di dati ridimensionato.
-Un errore abbastanza frequente (specie se si ha a che fare con vettori di
-puntatori) è quello di chiamare \func{free} più di una volta sullo stesso
-puntatore; per evitare questo problema una soluzione di ripiego è quella di
-assegnare sempre a \val{NULL} ogni puntatore liberato con \func{free}, dato
-che, quando l'argomento è un puntatore nullo, \func{free} non esegue nessuna
-operazione.
-
-Le \acr{glibc} hanno un'implementazione delle funzioni di allocazione che è
+La \acr{glibc} ha un'implementazione delle funzioni di allocazione che è
controllabile dall'utente attraverso alcune variabili di ambiente (vedi
sez.~\ref{sec:proc_environ}), in particolare diventa possibile tracciare
-questo tipo di errori usando la variabile di ambiente \val{MALLOC\_CHECK\_}
+questo tipo di errori usando la variabile di ambiente \envvar{MALLOC\_CHECK\_}
che quando viene definita mette in uso una versione meno efficiente delle
funzioni suddette, che però è più tollerante nei confronti di piccoli errori
-come quello di chiamate doppie a \func{free}. In particolare:
-\begin{itemize}
-\item se la variabile è posta a zero gli errori vengono ignorati;
-\item se è posta ad 1 viene stampato un avviso sullo \textit{standard error}
- (vedi sez.~\ref{sec:file_std_stream});
-\item se è posta a 2 viene chiamata \func{abort}, che in genere causa
- l'immediata conclusione del programma.
-\end{itemize}
-
-Il problema più comune e più difficile da risolvere che si incontra con le
-funzioni di allocazione è quando non viene opportunamente liberata la memoria
-non più utilizzata, quello che in inglese viene chiamato \itindex{memory~leak}
+come quello dei \textit{double free} o i \textit{buffer overrun} di un
+byte.\footnote{uno degli errori più comuni, causato ad esempio dalla scrittura
+ di una stringa di dimensione pari a quella del buffer, in cui ci si
+ dimentica dello zero di terminazione finale.} In particolare:
+\begin{itemize*}
+\item se la variabile è posta a $0$ gli errori vengono ignorati;
+\item se la variabile è posta a $1$ viene stampato un avviso sullo
+ \textit{standard error} (vedi sez.~\ref{sec:file_fd});
+\item se la variabile è posta a $2$ viene chiamata la funzione \func{abort}
+ (vedi sez.~\ref{sec:sig_alarm_abort}), che in genere causa l'immediata
+ terminazione del programma;
+\item se la variabile è posta a $3$ viene stampato l'avviso e chiamata
+ \func{abort}.
+\end{itemize*}
+
+\itindbeg{memory~leak}
+
+L'errore di programmazione più comune e più difficile da risolvere che si
+incontra con le funzioni di allocazione è quando non viene opportunamente
+liberata la memoria non più utilizzata, quello che in inglese viene chiamato
\textit{memory leak}, cioè una \textsl{perdita di memoria}.
-Un caso tipico che illustra il problema è quello in cui in una subroutine si
-alloca della memoria per uso locale senza liberarla prima di uscire. La
-memoria resta così allocata fino alla terminazione del processo. Chiamate
-ripetute alla stessa subroutine continueranno ad effettuare altre allocazioni,
-causando a lungo andare un esaurimento della memoria disponibile (e la
-probabile impossibilità di proseguire l'esecuzione del programma).
+Un caso tipico che illustra il problema è quello in cui in una propria
+funzione si alloca della memoria per uso locale senza liberarla prima di
+uscire. La memoria resta così allocata fino alla terminazione del processo.
+Chiamate ripetute alla stessa funzione continueranno ad effettuare altre
+allocazioni, che si accumuleranno causando a lungo andare un esaurimento della
+memoria disponibile e la probabile impossibilità di proseguire l'esecuzione
+del programma.
Il problema è che l'esaurimento della memoria può avvenire in qualunque
momento, in corrispondenza ad una qualunque chiamata di \func{malloc} che può
-essere in una sezione del codice che non ha alcuna relazione con la subroutine
+essere in una sezione del codice che non ha alcuna relazione con la funzione
che contiene l'errore. Per questo motivo è sempre molto difficile trovare un
-\itindex{memory~leak} \textit{memory leak}.
-
-In C e C++ il problema è particolarmente sentito. In C++, per mezzo della
-programmazione ad oggetti, il problema dei \itindex{memory~leak}
-\textit{memory leak} è notevolmente ridimensionato attraverso l'uso accurato
-di appositi oggetti come gli \textit{smartpointers}. Questo però in genere va
-a scapito delle prestazioni dell'applicazione in esecuzione.
-
-% TODO decidere cosa fare di questo che segue
-% In altri linguaggi come il java e recentemente il C\# il problema non si pone
-% nemmeno perché la gestione della memoria viene fatta totalmente in maniera
-% automatica, ovvero il programmatore non deve minimamente preoccuparsi di
-% liberare la memoria allocata precedentemente quando non serve più, poiché
-% l'infrastruttura del linguaggio gestisce automaticamente la cosiddetta
-% \index{\textit{garbage~collection}} \textit{garbage collection}. In tal caso,
-% attraverso meccanismi simili a quelli del \textit{reference counting}, quando
-% una zona di memoria precedentemente allocata non è più riferita da nessuna
-% parte del codice in esecuzione, può essere deallocata automaticamente in
-% qualunque momento dall'infrastruttura.
+\textit{memory leak}. In C e C++ il problema è particolarmente sentito. In
+C++, per mezzo della programmazione ad oggetti, il problema dei \textit{memory
+ leak} si può notevolmente ridimensionare attraverso l'uso accurato di
+appositi oggetti come gli \textit{smartpointers}. Questo però in genere va a
+scapito delle prestazioni dell'applicazione in esecuzione.
+
+% TODO decidere cosa fare di questo che segue In altri linguaggi come il java
+% e recentemente il C\# il problema non si pone nemmeno perché la gestione
+% della memoria viene fatta totalmente in maniera automatica, ovvero il
+% programmatore non deve minimamente preoccuparsi di liberare la memoria
+% allocata precedentemente quando non serve più, poiché l'infrastruttura del
+% linguaggio gestisce automaticamente la cosiddetta
+% \itindex{garbage~collection} \textit{garbage collection}. In tal caso,
+% attraverso meccanismi simili a quelli del \textit{reference counting},
+% quando una zona di memoria precedentemente allocata non è più riferita da
+% nessuna parte del codice in esecuzione, può essere deallocata
+% automaticamente in qualunque momento dall'infrastruttura.
% Anche questo va a scapito delle prestazioni dell'applicazione in esecuzione
% (inoltre le applicazioni sviluppate con tali linguaggi di solito non sono
% allocata da un oggetto.
Per limitare l'impatto di questi problemi, e semplificare la ricerca di
-eventuali errori, l'implementazione delle funzioni di allocazione delle
+eventuali errori, l'implementazione delle funzioni di allocazione nella
\acr{glibc} mette a disposizione una serie di funzionalità che permettono di
tracciare le allocazioni e le disallocazioni, e definisce anche una serie di
possibili \textit{hook} (\textsl{ganci}) che permettono di sostituire alle
specializzata per il debugging). Esistono varie librerie che forniscono dei
sostituti opportuni delle funzioni di allocazione in grado, senza neanche
ricompilare il programma,\footnote{esempi sono \textit{Dmalloc}
- \href{http://dmalloc.com/}{\textsf{http://dmalloc.com/}} di Gray Watson ed
- \textit{Electric Fence} di Bruce Perens.} di eseguire diagnostiche anche
-molto complesse riguardo l'allocazione della memoria. Vedremo alcune delle
-funzionalità di ausilio presenti nelle \acr{glibc} in
-sez.~\ref{sec:proc_memory_adv_management}.
+ \url{http://dmalloc.com/} di Gray Watson ed \textit{Electric Fence} di Bruce
+ Perens.} di eseguire diagnostiche anche molto complesse riguardo
+l'allocazione della memoria. Vedremo alcune delle funzionalità di ausilio
+presenti nella \acr{glibc} in sez.~\ref{sec:proc_memory_adv_management}.
+
+\itindend{memory~leak}
Una possibile alternativa all'uso di \func{malloc}, per evitare di soffrire
-dei problemi di \itindex{memory~leak} \textit{memory leak} descritti in
-precedenza, è di allocare la memoria nel segmento di \itindex{stack}
-\textit{stack} della funzione corrente invece che nello \itindex{heap}
-\textit{heap}, per farlo si può usare la funzione \funcd{alloca}, la cui
+dei problemi di \textit{memory leak} descritti in precedenza, è di allocare la
+memoria nel segmento di \textit{stack} della funzione corrente invece che
+nello \textit{heap}. Per farlo si può usare la funzione \funcd{alloca}, la cui
sintassi è identica a quella di \func{malloc}; il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void *alloca(size\_t size)}
- Alloca \param{size} byte nello \textit{stack}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria
- allocata.}
-\end{prototype}
-La funzione alloca la quantità di memoria (non inizializzata) richiesta
-dall'argomento \param{size} nel segmento di \itindex{stack} \textit{stack}
-della funzione chiamante. Con questa funzione non è più necessario liberare
-la memoria allocata (e quindi non esiste un analogo della \func{free}) in
-quanto essa viene rilasciata automaticamente al ritorno della funzione.
-
-Come è evidente questa funzione ha molti vantaggi, anzitutto permette di
-evitare alla radice i problemi di \itindex{memory~leak} \textit{memory leak},
-dato che non serve più la deallocazione esplicita; inoltre la deallocazione
-automatica funziona anche quando si usa \func{longjmp} per uscire da una
-subroutine con un salto non locale da una funzione (vedi
-sez.~\ref{sec:proc_longjmp}).
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{void *alloca(size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un'area di memoria nello \textit{stack}.}
+}
+{La funzione ritorna il puntatore alla zona di memoria allocata, in caso
+ di errore il comportamento è indefinito.}
+\end{funcproto}
-Un altro vantaggio è che in Linux la funzione è molto più veloce di
-\func{malloc} e non viene sprecato spazio, infatti non è necessario gestire un
-pool di memoria da riservare e si evitano così anche i problemi di
-frammentazione di quest'ultimo, che comportano inefficienze sia
-nell'allocazione della memoria che nell'esecuzione dell'allocazione.
+La funzione alloca la quantità di memoria (non inizializzata) richiesta
+dall'argomento \param{size} nel segmento di \textit{stack} della funzione
+chiamante. Con questa funzione non è più necessario liberare la memoria
+allocata, e quindi non esiste un analogo della \func{free}, in quanto essa
+viene rilasciata automaticamente al ritorno della funzione.
+
+Come è evidente questa funzione ha alcuni vantaggi interessanti, anzitutto
+permette di evitare alla radice i problemi di \textit{memory leak}, dato che
+non serve più la deallocazione esplicita; inoltre la deallocazione automatica
+funziona anche quando si usa \func{longjmp} per uscire da una subroutine con
+un salto non locale da una funzione (vedi sez.~\ref{sec:proc_longjmp}). Un
+altro vantaggio è che in Linux la funzione è molto più veloce di \func{malloc}
+e non viene sprecato spazio, infatti non è necessario gestire un pool di
+memoria da riservare e si evitano così anche i problemi di frammentazione di
+quest'ultimo, che comportano inefficienze sia nell'allocazione della memoria
+che nell'esecuzione dell'allocazione.
Gli svantaggi sono che questa funzione non è disponibile su tutti gli Unix, e
non è inserita né nello standard POSIX né in SUSv3 (ma è presente in BSD), il
suo utilizzo quindi limita la portabilità dei programmi. Inoltre la funzione
non può essere usata nella lista degli argomenti di una funzione, perché lo
-spazio verrebbe allocato nel mezzo degli stessi.
-
-Inoltre non è chiaramente possibile usare \func{alloca} per allocare memoria
-che deve poi essere usata anche al di fuori della funzione in cui essa viene
-chiamata, dato che all'uscita dalla funzione lo spazio allocato diventerebbe
-libero, e potrebbe essere sovrascritto all'invocazione di nuove funzioni.
-Questo è lo stesso problema che si può avere con le variabili automatiche, su
-cui torneremo in sez.~\ref{sec:proc_auto_var}.
+spazio verrebbe allocato nel mezzo degli stessi. Inoltre non è chiaramente
+possibile usare \func{alloca} per allocare memoria che deve poi essere usata
+anche al di fuori della funzione in cui essa viene chiamata, dato che
+all'uscita dalla funzione lo spazio allocato diventerebbe libero, e potrebbe
+essere sovrascritto all'invocazione di nuove funzioni. Questo è lo stesso
+problema che si può avere con le variabili automatiche, su cui torneremo in
+sez.~\ref{sec:proc_var_passing}.
Infine non esiste un modo di sapere se l'allocazione ha avuto successo, la
funzione infatti viene realizzata inserendo del codice \textit{inline} nel
programma\footnote{questo comporta anche il fatto che non è possibile
sostituirla con una propria versione o modificarne il comportamento
collegando il proprio programma con un'altra libreria.} che si limita a
-modificare il puntatore nello \itindex{stack} \textit{stack} e non c'è modo di
-sapere se se ne sono superate le dimensioni, per cui in caso di fallimento
-nell'allocazione il comportamento del programma può risultare indefinito,
-dando luogo ad una \itindex{segment~violation} \textit{segment violation} la
-prima volta che cercherà di accedere alla memoria non effettivamente
-disponibile.
-
-Le due funzioni seguenti\footnote{le due funzioni sono state definite con BSD
- 4.3, sono marcate obsolete in SUSv2 e non fanno parte delle librerie
- standard del C e mentre sono state esplicitamente rimosse dallo standard
- POSIX/1-2001.} vengono utilizzate soltanto quando è necessario effettuare
-direttamente la gestione della memoria associata allo spazio dati di un
-processo, ad esempio qualora si debba implementare la propria versione delle
-funzioni di allocazione della memoria. Per poterle utilizzare è necessario
-definire una della macro di funzionalità (vedi
+modificare il puntatore nello \textit{stack} e non c'è modo di sapere se se ne
+sono superate le dimensioni, per cui in caso di fallimento nell'allocazione il
+comportamento del programma può risultare indefinito, dando luogo ad una
+\textit{segment violation} la prima volta che si cerchi di accedere alla
+memoria non effettivamente disponibile.
+
+\index{segmento!dati|(}
+\itindbeg{heap}
+
+Le due funzioni seguenti vengono utilizzate soltanto quando è necessario
+effettuare direttamente la gestione della memoria associata allo spazio dati
+di un processo,\footnote{le due funzioni sono state definite con BSD 4.3, sono
+ marcate obsolete in SUSv2 e non fanno parte delle librerie standard del C e
+ mentre sono state esplicitamente rimosse dallo standard POSIX.1-2001.} per
+poterle utilizzare è necessario definire una della macro di funzionalità (vedi
sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}) fra \macro{\_BSD\_SOURCE},
\macro{\_SVID\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE} (ad un valore maggiore o
uguale di 500). La prima funzione è \funcd{brk}, ed il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{unistd.h}{int brk(void *end\_data\_segment)}
- Sposta la fine del segmento dei dati.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
- fallimento, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{ENOMEM}.}
-\end{prototype}
-
-La funzione è un'interfaccia all'omonima system call ed imposta l'indirizzo
-finale del \index{segmento!dati} segmento dati di un processo all'indirizzo
-specificato da \param{end\_data\_segment}. Quest'ultimo deve essere un valore
-ragionevole, ed inoltre la dimensione totale del segmento non deve comunque
-eccedere un eventuale limite (si veda sez.~\ref{sec:sys_resource_limit})
-imposto sulle dimensioni massime dello spazio dati del processo.
-
-Il valore di ritorno della funzione fa riferimento alla versione fornita dalle
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{unistd.h}
+\fdecl{int brk(void *addr)}
+\fdesc{Sposta la fine del segmento dati del processo.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore,
+ nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errcode{ENOMEM}.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione è un'interfaccia all'omonima \textit{system call} ed imposta
+l'indirizzo finale del segmento dati di un processo (più precisamente dello
+\textit{heap}) all'indirizzo specificato da \param{addr}. Quest'ultimo deve
+essere un valore ragionevole e la dimensione totale non deve comunque eccedere
+un eventuale limite (vedi sez.~\ref{sec:sys_resource_limit}) sulle dimensioni
+massime del segmento dati del processo.
+
+Il valore di ritorno della funzione fa riferimento alla versione fornita dalla
\acr{glibc}, in realtà in Linux la \textit{system call} corrispondente
-restituisce come valore di ritorno il nuovo valore della fine del
-\index{segmento!dati} segmento dati in caso di successo e quello corrente in
-caso di fallimento, è la funzione di interfaccia usata dalle \acr{glibc} che
-fornisce i valori di ritorno appena descritti, questo può non accadere se si
-usano librerie diverse.
-
-Una seconda funzione per la manipolazione diretta delle dimensioni
-\index{segmento!dati} del segmento dati\footnote{in questo caso si tratta
- soltanto di una funzione di libreria, e non di una system call.} è
+restituisce come valore di ritorno il nuovo valore della fine del segmento
+dati in caso di successo e quello corrente in caso di fallimento, è la
+funzione di interfaccia usata dalla \acr{glibc} che fornisce i valori di
+ritorno appena descritti; se si usano librerie diverse questo potrebbe non
+accadere.
+
+Una seconda funzione per la manipolazione diretta delle dimensioni del
+segmento dati\footnote{in questo caso si tratta soltanto di una funzione di
+ libreria, anche se basata sulla stessa \textit{system call}.} è
\funcd{sbrk}, ed il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{unistd.h}{void *sbrk(ptrdiff\_t increment)}
- Incrementa la dimensione dello spazio dati.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce il puntatore all'inizio della nuova zona
- di memoria allocata in caso di successo e \val{NULL} in caso di
- fallimento, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \errval{ENOMEM}.}
-\end{prototype}
-\noindent la funzione incrementa la dimensione lo spazio dati di un programma
-di \param{increment} byte, restituendo il nuovo indirizzo finale dello stesso.
-Un valore nullo permette di ottenere l'attuale posizione della fine del
-\index{segmento!dati} segmento dati.
-Queste funzioni sono state deliberatamente escluse dallo standard POSIX.1 e
-per i programmi normali è sempre opportuno usare le funzioni di allocazione
-standard descritte in precedenza, che sono costruite su di esse.
+\begin{funcproto}{
+\fhead{unistd.h}
+\fdecl{void *sbrk(intptr\_t increment)}
+\fdesc{Incrementa la dimensione del segmento dati del processo.}
+}
+{La funzione ritorna il puntatore all'inizio della nuova zona di memoria
+ allocata in caso di successo e \val{NULL} per un errore, nel qual
+ caso \var{errno} assumerà il valore \errcode{ENOMEM}.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione incrementa la dimensione dello \textit{heap} di un programma del
+valore indicato dall'argomento \param{increment}, restituendo il nuovo
+indirizzo finale dello stesso. L'argomento è definito come di tipo
+\typed{intptr\_t}, ma a seconda della versione delle librerie e del sistema
+può essere indicato con una serie di tipi equivalenti come \type{ptrdiff\_t},
+\type{ssize\_t}, \ctyp{int}. Se invocata con un valore nullo la funzione
+permette di ottenere l'attuale posizione della fine del segmento dati.
+
+Queste due funzioni sono state deliberatamente escluse dallo standard POSIX.1
+dato che per i normali programmi è sempre opportuno usare le funzioni di
+allocazione standard descritte in precedenza, a meno di non voler realizzare
+per proprio conto un diverso meccanismo di gestione della memoria del segmento
+dati.
+\itindend{heap}
+\index{segmento!dati|)}
\subsection{Il controllo della memoria virtuale}
Come spiegato in sez.~\ref{sec:proc_mem_gen} il kernel gestisce la memoria
virtuale in maniera trasparente ai processi, decidendo quando rimuovere pagine
-dalla memoria per metterle nello swap, sulla base dell'utilizzo corrente da
-parte dei vari processi.
+dalla memoria per metterle nell'area di \textit{swap}, sulla base
+dell'utilizzo corrente da parte dei vari processi.
Nell'uso comune un processo non deve preoccuparsi di tutto ciò, in quanto il
-meccanismo della \index{paginazione} paginazione riporta in RAM, ed in maniera
-trasparente, tutte le pagine che gli occorrono; esistono però esigenze
-particolari in cui non si vuole che questo meccanismo si attivi. In generale i
-motivi per cui si possono avere di queste necessità sono due:
-\begin{itemize}
-\item \textsl{La velocità}. Il processo della \index{paginazione} paginazione
- è trasparente solo se il programma in esecuzione non è sensibile al tempo
- che occorre a riportare la pagina in memoria; per questo motivo processi
- critici che hanno esigenze di tempo reale o tolleranze critiche nelle
- risposte (ad esempio processi che trattano campionamenti sonori) possono non
- essere in grado di sopportare le variazioni della velocità di accesso dovuta
- alla paginazione.
+meccanismo della paginazione riporta in RAM, ed in maniera trasparente, tutte
+le pagine che gli occorrono; esistono però esigenze particolari in cui non si
+vuole che questo meccanismo si attivi. In generale i motivi per cui si possono
+avere di queste necessità sono due:
+\begin{itemize*}
+\item \textsl{La velocità}. Il processo della paginazione è trasparente solo
+ se il programma in esecuzione non è sensibile al tempo che occorre a
+ riportare la pagina in memoria; per questo motivo processi critici che hanno
+ esigenze di tempo reale o tolleranze critiche nelle risposte (ad esempio
+ processi che trattano campionamenti sonori) possono non essere in grado di
+ sopportare le variazioni della velocità di accesso dovuta alla paginazione.
In certi casi poi un programmatore può conoscere meglio dell'algoritmo di
allocazione delle pagine le esigenze specifiche del suo programma e decidere
\item \textsl{La sicurezza}. Se si hanno password o chiavi segrete in chiaro
in memoria queste possono essere portate su disco dal meccanismo della
- \index{paginazione} paginazione. Questo rende più lungo il periodo di tempo
- in cui detti segreti sono presenti in chiaro e più complessa la loro
- cancellazione (un processo può cancellare la memoria su cui scrive le sue
- variabili, ma non può toccare lo spazio disco su cui una pagina di memoria
- può essere stata salvata). Per questo motivo di solito i programmi di
- crittografia richiedono il blocco di alcune pagine di memoria.
-\end{itemize}
+ paginazione. Questo rende più lungo il periodo di tempo in cui detti segreti
+ sono presenti in chiaro e più complessa la loro cancellazione: un processo
+ infatti può cancellare la memoria su cui scrive le sue variabili, ma non può
+ toccare lo spazio disco su cui una pagina di memoria può essere stata
+ salvata. Per questo motivo di solito i programmi di crittografia richiedono
+ il blocco di alcune pagine di memoria.
+\end{itemize*}
Per ottenere informazioni sulle modalità in cui un programma sta usando la
-memoria virtuale è disponibile una apposita funzione, \funcd{mincore}, che
-però non è standardizzata da POSIX e pertanto non è disponibile su tutte le
-versioni di kernel unix-like;\footnote{nel caso di Linux devono essere
- comunque definite le macro \macro{\_BSD\_SOURCE} e \macro{\_SVID\_SOURCE}.}
-il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{unistd.h}
- \headdecl{sys/mman.h}
-
- \funcdecl{int mincore(void *addr, size\_t length, unsigned char *vec)}
- Ritorna lo stato delle pagine di memoria occupate da un processo.
-
- \bodydesc{La funzione ritorna 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
- errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori seguenti:
- \begin{errlist}
- \item[\errcode{ENOMEM}] o \param{addr} + \param{length} eccede la dimensione
- della memoria usata dal processo o l'intervallo di indirizzi specificato
- non è mappato.
- \item[\errcode{EINVAL}] \param{addr} non è un multiplo delle dimensioni di
- una pagina.
- \item[\errcode{EFAULT}] \param{vec} punta ad un indirizzo non valido.
- \item[\errcode{EAGAIN}] il kernel è temporaneamente non in grado di fornire
- una risposta.
- \end{errlist}
+memoria virtuale è disponibile una apposita funzione di sistema,
+\funcd{mincore}, che però non è standardizzata da POSIX e pertanto non è
+disponibile su tutte le versioni di kernel unix-like;\footnote{nel caso di
+ Linux devono essere comunque definite le macro \macro{\_BSD\_SOURCE} e
+ \macro{\_SVID\_SOURCE} o \macro{\_DEFAULT\_SOURCE}.} il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{unistd.h}
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int mincore(void *addr, size\_t length, unsigned char *vec)}
+\fdesc{Ritorna lo stato delle pagine di memoria occupate da un processo.}
}
-\end{functions}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, nel qual
+caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+\begin{errlist}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] il kernel è temporaneamente non in grado di fornire
+ una risposta.
+ \item[\errcode{EFAULT}] \param{vec} punta ad un indirizzo non valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{addr} non è un multiplo delle dimensioni di
+ una pagina.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] o \param{addr}$+$\param{length} eccede la dimensione
+ della memoria usata dal processo o l'intervallo di indirizzi specificato
+ non è mappato.
+\end{errlist}}
+\end{funcproto}
La funzione permette di ottenere le informazioni sullo stato della mappatura
della memoria per il processo chiamante, specificando l'intervallo da
-esaminare con l'indirizzo iniziale (indicato con l'argomento \param{addr}) e
-la lunghezza (indicata con l'argomento \param{length}). L'indirizzo iniziale
+esaminare con l'indirizzo iniziale, indicato con l'argomento \param{addr}, e
+la lunghezza, indicata con l'argomento \param{length}. L'indirizzo iniziale
deve essere un multiplo delle dimensioni di una pagina, mentre la lunghezza
può essere qualunque, fintanto che si resta nello spazio di indirizzi del
processo,\footnote{in caso contrario si avrà un errore di \errcode{ENOMEM};
I risultati della funzione vengono forniti nel vettore puntato da \param{vec},
che deve essere allocato preventivamente e deve essere di dimensione
sufficiente a contenere tanti byte quante sono le pagine contenute
-nell'intervallo di indirizzi specificato.\footnote{la dimensione cioè deve
- essere almeno pari a \code{(length+PAGE\_SIZE-1)/PAGE\_SIZE}. } Al ritorno
-della funzione il bit meno significativo di ciascun byte del vettore sarà
-acceso se la pagina di memoria corrispondente è al momento residente in
-memoria, o cancellato altrimenti. Il comportamento sugli altri bit è
-indefinito, essendo questi al momento riservati per usi futuri. Per questo
-motivo in genere è comunque opportuno inizializzare a zero il contenuto del
-vettore, così che le pagine attualmente residenti in memoria saranno indicata
-da un valore non nullo del byte corrispondente.
+nell'intervallo di indirizzi specificato, la dimensione cioè deve essere
+almeno pari a \code{(length+PAGE\_SIZE-1)/PAGE\_SIZE}. Al ritorno della
+funzione il bit meno significativo di ciascun byte del vettore sarà acceso se
+la pagina di memoria corrispondente è al momento residente in memoria, o
+cancellato altrimenti. Il comportamento sugli altri bit è indefinito, essendo
+questi al momento riservati per usi futuri. Per questo motivo in genere è
+comunque opportuno inizializzare a zero il contenuto del vettore, così che le
+pagine attualmente residenti in memoria saranno indicate da un valore non
+nullo del byte corrispondente.
Dato che lo stato della memoria di un processo può cambiare continuamente, il
risultato di \func{mincore} è assolutamente provvisorio e lo stato delle
che, come vedremo ora, non si sia attivato il meccanismo che forza il
mantenimento di una pagina sulla memoria.
-\itindbeg{memory~locking}
+\itindbeg{memory~locking}
-Il meccanismo che previene la \index{paginazione} paginazione di parte della
-memoria virtuale di un processo è chiamato \textit{memory locking} (o
-\textsl{blocco della memoria}). Il blocco è sempre associato alle pagine della
-memoria virtuale del processo, e non al segmento reale di RAM su cui essa
-viene mantenuta. La regola è che se un segmento di RAM fa da supporto ad
-almeno una pagina bloccata allora esso viene escluso dal meccanismo della
-\index{paginazione} paginazione. I blocchi non si accumulano, se si blocca due
-volte la stessa pagina non è necessario sbloccarla due volte, una pagina o è
-bloccata oppure no.
+Il meccanismo che previene la paginazione di parte della memoria virtuale di
+un processo è chiamato \textit{memory locking} (o \textsl{blocco della
+ memoria}). Il blocco è sempre associato alle pagine della memoria virtuale
+del processo, e non al segmento reale di RAM su cui essa viene mantenuta. La
+regola è che se un segmento di RAM fa da supporto ad almeno una pagina
+bloccata allora esso viene escluso dal meccanismo della paginazione. I blocchi
+non si accumulano, se si blocca due volte la stessa pagina non è necessario
+sbloccarla due volte, una pagina o è bloccata oppure no.
Il \textit{memory lock} persiste fintanto che il processo che detiene la
memoria bloccata non la sblocca. Chiaramente la terminazione del processo
comporta anche la fine dell'uso della sua memoria virtuale, e quindi anche di
-tutti i suoi \textit{memory lock}. Infine i \textit{memory lock} non sono
-ereditati dai processi figli,\footnote{ma siccome Linux usa il
- \itindex{copy~on~write} \textit{copy on write} (vedi
- sez.~\ref{sec:proc_fork}) gli indirizzi virtuali del figlio sono mantenuti
- sullo stesso segmento di RAM del padre, quindi fintanto che un figlio non
- scrive su un segmento, può usufruire del \textit{memory lock} del padre.} e
-vengono automaticamente rimossi se si pone in esecuzione un altro programma
-con \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}).
-
-Siccome la richiesta di un \textit{memory lock} da parte di un processo riduce
-la memoria fisica disponibile nel sistema, questo ha un evidente impatto su
-tutti gli altri processi, per cui fino al kernel 2.6.9 solo un processo con i
-privilegi opportuni (la \itindex{capabilities} \textit{capability}
-\const{CAP\_IPC\_LOCK}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) aveva la
-capacità di bloccare una pagina.
+tutti i suoi \textit{memory lock}. Inoltre i \textit{memory lock} non sono
+ereditati dai processi figli, ma siccome Linux usa il \textit{copy on write}
+(vedi sez.~\ref{sec:proc_fork}) gli indirizzi virtuali del figlio sono
+mantenuti sullo stesso segmento di RAM del padre, e quindi fintanto che un
+figlio non scrive su un segmento bloccato, può usufruire del \textit{memory
+ lock} del padre. Infine i \textit{memory lock} vengono automaticamente
+rimossi se si pone in esecuzione un altro programma con \func{exec} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_exec}).
Il sistema pone dei limiti all'ammontare di memoria di un processo che può
essere bloccata e al totale di memoria fisica che si può dedicare a questo, lo
-standard POSIX.1 richiede che sia definita in \file{unistd.h} la macro
-\macro{\_POSIX\_MEMLOCK\_RANGE} per indicare la capacità di eseguire il
-\textit{memory locking}. Inoltre in alcuni sistemi è definita la costante
-\const{PAGE\_SIZE} in \file{limits.h} per indicare la dimensione di una pagina
-in byte.\footnote{con Linux questo non avviene e si deve ricorrere alla
- funzione \func{getpagesize}, vedi sez.~\ref{sec:sys_memory_res}.}
+standard POSIX.1 richiede che sia definita in \headfile{unistd.h} la macro
+\macrod{\_POSIX\_MEMLOCK\_RANGE} per indicare la capacità di eseguire il
+\textit{memory locking}.
+
+Siccome la richiesta di un \textit{memory lock} da parte di un processo riduce
+la memoria fisica disponibile nel sistema per gli altri processi, questo ha un
+evidente impatto su tutti gli altri processi, per cui fino al kernel 2.6.9
+solo un processo dotato di privilegi amministrativi (la \textit{capability}
+\const{CAP\_IPC\_LOCK}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) aveva la
+capacità di bloccare una pagina di memoria.
A partire dal kernel 2.6.9 anche un processo normale può bloccare la propria
memoria\footnote{la funzionalità è stata introdotta per non essere costretti a
però diversi processi bloccano la stessa pagina questa resterà bloccata
fintanto che ci sarà almeno un processo che la blocca.
-Le funzioni per bloccare e sbloccare la \index{paginazione} paginazione di
-singole sezioni di memoria sono \funcd{mlock} e \funcd{munlock}; i loro
-prototipi sono:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/mman.h}
+Le funzioni di sistema per bloccare e sbloccare la paginazione di singole
+sezioni di memoria sono rispettivamente \funcd{mlock} e \funcd{munlock}; i
+loro prototipi sono:
- \funcdecl{int mlock(const void *addr, size\_t len)}
- Blocca la paginazione su un intervallo di memoria.
+\begin{funcproto}{
+ \fhead{sys/mman.h}
+ \fdecl{int mlock(const void *addr, size\_t len)}
+ \fdesc{Blocca la paginazione su un intervallo di memoria.}
- \funcdecl{int munlock(const void *addr, size\_t len)}
- Rimuove il blocco della paginazione su un intervallo di memoria.
-
- \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano 0 in caso di successo e $-1$ in
- caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
- valori seguenti:
+ \fdecl{int munlock(const void *addr, size\_t len)}
+ \fdesc{Rimuove il blocco della paginazione su un intervallo di memoria.}
+ }
+{Entrambe le funzioni ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ in caso di
+ errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
- \item[\errcode{ENOMEM}] alcuni indirizzi dell'intervallo specificato non
- corrispondono allo spazio di indirizzi del processo o si è ecceduto
- il numero massimo consentito di pagine bloccate.
- \item[\errcode{EINVAL}] \param{len} non è un valore positivo.
- \item[\errcode{EPERM}] con un kernel successivo al 2.6.9 il processo non è
- privilegiato e si un limite nullo per \const{RLIMIT\_MEMLOCK}.
- \end{errlist}
- e, per \func{mlock}, anche \errval{EPERM} quando il processo non ha i
- privilegi richiesti per l'operazione.}
-\end{functions}
+ \item[\errcode{EAGAIN}] una parte o tutto l'intervallo richiesto non può
+ essere bloccato per una mancanza temporanea di risorse.
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{len} non è un valore positivo o la somma con
+ \param{addr} causa un overflow.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] alcuni indirizzi dell’intervallo specificato non
+ corrispondono allo spazio di indirizzi del processo o con \func{mlock} si
+ è superato il limite di \const{RLIMIT\_MEMLOCK} per un processo non
+ privilegiato (solo per kernel a partire dal 2.6.9) o si è superato il
+ limite di regioni di memoria con attributi diversi.
+ \item[\errcode{EPERM}] il processo non è privilegiato (per kernel precedenti
+ il 2.6.9) o si ha un limite nullo per \const{RLIMIT\_MEMLOCK} e
+ il processo non è privilegiato (per kernel a partire dal 2.6.9).
+ \end{errlist}}
+\end{funcproto}
Le due funzioni permettono rispettivamente di bloccare e sbloccare la
-\index{paginazione} paginazione per l'intervallo di memoria specificato dagli
-argomenti, che ne indicano nell'ordine l'indirizzo iniziale e la lunghezza.
-Tutte le pagine che contengono una parte dell'intervallo bloccato sono
-mantenute in RAM per tutta la durata del blocco.\footnote{con altri kernel si
- può ottenere un errore di \errcode{EINVAL} se \param{addr} non è un multiplo
- della dimensione delle pagine di memoria.}
-
-Altre due funzioni, \funcd{mlockall} e \funcd{munlockall}, consentono di
-bloccare genericamente la \index{paginazione} paginazione per l'intero spazio
-di indirizzi di un processo. I prototipi di queste funzioni sono:
-\begin{functions}
- \headdecl{sys/mman.h}
-
- \funcdecl{int mlockall(int flags)}
- Blocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.
-
- \funcdecl{int munlockall(void)}
- Sblocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.
-
- \bodydesc{Codici di ritorno ed errori sono gli stessi di \func{mlock} e
- \func{munlock}, con un kernel successivo al 2.6.9 l'uso di
- \func{munlockall} senza la \itindex{capabilities} \textit{capability}
-\const{CAP\_IPC\_LOCK} genera un errore di \errcode{EPERM}.}
-\end{functions}
+paginazione per l'intervallo di memoria iniziante all'indirizzo \param{addr} e
+lungo \param{len} byte. Al ritorno di \func{mlock} tutte le pagine che
+contengono una parte dell'intervallo bloccato sono garantite essere in RAM e
+vi verranno mantenute per tutta la durata del blocco. Con kernel diversi da
+Linux si può ottenere un errore di \errcode{EINVAL} se \param{addr} non è un
+multiplo della dimensione delle pagine di memoria, pertanto se si ha a cuore
+la portabilità si deve avere cura di allinearne correttamente il valore. Il
+blocco viene rimosso chiamando \func{munlock}.
+
+Altre due funzioni di sistema, \funcd{mlockall} e \funcd{munlockall},
+consentono di bloccare genericamente la paginazione per l'intero spazio di
+indirizzi di un processo. I prototipi di queste funzioni sono:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{sys/mman.h}
+\fdecl{int mlockall(int flags)}
+\fdesc{Blocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.}
+\fdecl{int munlockall(void)}
+\fdesc{Sblocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.}
+}
+{Codici di ritorno ed errori sono gli stessi di \func{mlock} e \func{munlock},
+ tranne per \errcode{EINVAL} che viene restituito solo se si è specificato
+ con \func{mlockall} un valore sconosciuto per \param{flags}.}
+\end{funcproto}
L'argomento \param{flags} di \func{mlockall} permette di controllarne il
-comportamento; esso può essere specificato come l'OR aritmetico delle due
-costanti:
-\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.5cm}}
-\item[\const{MCL\_CURRENT}] blocca tutte le pagine correntemente mappate nello
- spazio di indirizzi del processo.
-\item[\const{MCL\_FUTURE}] blocca tutte le pagine che verranno mappate nello
- spazio di indirizzi del processo.
-\end{basedescript}
+comportamento; esso deve essere specificato come maschera binaria dei valori
+espressi dalle costanti riportate in tab.~\ref{tab:mlockall_flags}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \footnotesize
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{8cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \constd{MCL\_CURRENT}& blocca tutte le pagine correntemente mappate nello
+ spazio di indirizzi del processo.\\
+ \constd{MCL\_FUTURE} & blocca tutte le pagine che verranno mappate nello
+ spazio di indirizzi del processo.\\
+ \constd{MCL\_ONFAULT}& esegue il blocco delle pagine selezionate solo
+ quando vengono utilizzate (dal kernel 4.4).\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori e significato dell'argomento \param{flags} della funzione
+ \func{mlockall}.}
+ \label{tab:mlockall_flags}
+\end{table}
Con \func{mlockall} si possono bloccare tutte le pagine mappate nello spazio
-di indirizzi del processo, sia che comprendano il \index{segmento!dati}
-\index{segmento!testo} segmento di testo, di dati, lo \itindex{stack}
-\textit{stack}, lo \itindex{heap} \textit{heap} e pure le funzioni di libreria
-chiamate, i file mappati in memoria, i dati del kernel mappati in user space,
-la memoria condivisa. L'uso dei flag permette di selezionare con maggior
-finezza le pagine da bloccare, ad esempio limitandosi a tutte le pagine
-allocate a partire da un certo momento.
-
-In ogni caso un processo real-time che deve entrare in una
-\index{sezione~critica} sezione critica deve provvedere a riservare memoria
-sufficiente prima dell'ingresso, per scongiurare l'occorrenza di un eventuale
-\itindex{page~fault} \textit{page fault} causato dal meccanismo di
-\itindex{copy~on~write} \textit{copy on write}. Infatti se nella
-\index{sezione~critica} sezione critica si va ad utilizzare memoria che non è
-ancora stata riportata in RAM si potrebbe avere un \itindex{page~fault}
-\textit{page fault} durante l'esecuzione della stessa, con conseguente
-rallentamento (probabilmente inaccettabile) dei tempi di esecuzione.
-
-In genere si ovvia a questa problematica chiamando una funzione che ha
-allocato una quantità sufficientemente ampia di variabili automatiche, in modo
-che esse vengano mappate in RAM dallo \itindex{stack} \textit{stack}, dopo di
-che, per essere sicuri che esse siano state effettivamente portate in memoria,
-ci si scrive sopra.
+di indirizzi del processo, sia che comprendano il segmento di testo, di dati,
+lo \textit{stack}, lo \textit{heap} e pure le funzioni di libreria chiamate, i
+file mappati in memoria, i dati del kernel mappati in \textit{user space}, la
+memoria condivisa. L'uso dell'argomento \param{flags} permette di selezionare
+con maggior finezza le pagine da bloccare, ad esempio usando
+\const{MCL\_FUTURE} ci si può limitare a tutte le pagine allocate a partire
+dalla chiamata della funzione, mentre \const{MCL\_CURRENT} blocca tutte quelle
+correntemente mappate. L'uso di \func{munlockall} invece sblocca sempre tutte
+le pagine di memoria correntemente mappate nello spazio di indirizzi del
+programma.
-\itindend{memory~locking}
+A partire dal kernel 4.4 alla funzione \func{mlockall} è stato aggiunto un
+altro flag, \const{MCL\_ONFAULT}, che può essere abbinato a entrambi gli altri
+due flag, e consente di modificare il comportamento della funzione per
+ottenere migliori prestazioni.
+
+Il problema che si presenta infatti è che eseguire un \textit{memory lock} per
+un intervallo ampio di memoria richiede che questa venga comunque allocata in
+RAM, con altrettanti \textit{page fault} che ne assicurino la presenza; questo
+vale per tutto l'intervallo e può avere un notevole costo in termini di
+prestazioni, anche quando poi, nell'esecuzione del programma, venisse usata
+solo una piccola parte dello stesso. L'uso di \const{MCL\_ONFAULT} previene il
+\textit{page faulting} immediato di tutto l'intervallo, le pagine
+dell'intervallo verranno bloccate, ma solo quando un \textit{page fault}
+dovuto all'accesso ne richiede l'allocazione effettiva in RAM.
+
+Questo stesso comportamento non è ottenibile con \func{mlock}, che non dispone
+di un argomento \param{flag} che consenta di richiederlo, per questo sempre
+con il kernel 4.4 è stata aggiunta una ulteriore funzione di sistema,
+\funcd{mlock2}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+ \fhead{sys/mman.h}
+ \fdecl{int mlock2(const void *addr, size\_t len, int flags)}
+ \fdesc{Blocca la paginazione su un intervallo di memoria.}
+}
+{Le funzione ritornano $0$ in caso di successo e $-1$ in caso di errore, nel
+ qual caso \var{errno} assume gli stessi valori di \func{mlock} con
+ l'aggiunta id un possibile \errcode{EINVAL} anche se si è indicato un valore
+ errato di \param{flags}.}
+\end{funcproto}
+
+% NOTA: per mlock2, introdotta con il kernel 4.4 (vedi
+% http://lwn.net/Articles/650538/)
+
+Indicando un valore nullo per \param{flags} il comportamento della funzione è
+identico a quello di \func{mlock}, l'unico altro valore possibile è
+\constd{MLOCK\_ONFAULT} che ha lo stesso effetto sull'allocazione delle pagine
+in RAM già descritto per \const{MCL\_ONFAULT}.
+
+Si tenga presente che un processo \textit{real-time} che intende usare il
+\textit{memory locking} con \func{mlockall} per prevenire l'avvenire di un
+eventuale \textit{page fault} ed il conseguente rallentamento (probabilmente
+inaccettabile) dei tempi di esecuzione, deve comunque avere delle accortezze.
+In particolare si deve assicurare di aver preventivamente bloccato una
+quantità di spazio nello \textit{stack} sufficiente a garantire l'esecuzione
+di tutte le funzioni che hanno i requisiti di criticità sui tempi. Infatti,
+anche usando \const{MCL\_FUTURE}, in caso di allocazione di una nuova pagina
+nello \textit{stack} durante l'esecuzione di una funzione (precedentemente non
+usata e quindi non bloccata) si potrebbe avere un \textit{page fault}.
+
+In genere si ovvia a questa problematica chiamando inizialmente una funzione
+che definisca una quantità sufficientemente ampia di variabili automatiche
+(che si ricordi vengono allocate nello \textit{stack}) e ci scriva, in modo da
+esser sicuri che le corrispondenti pagine vengano mappate nello spazio di
+indirizzi del processo, per poi bloccarle. La scrittura è necessaria perché il
+kernel usa il meccanismo di \textit{copy on write} (vedi
+sez.~\ref{sec:proc_fork}) e le pagine potrebbero non essere allocate
+immediatamente.
+\itindend{memory~locking}
\index{memoria~virtuale|)}
funzione specifica.
Tradizionalmente per rispondere a questa esigenza sono state create due
-funzioni diverse, \funcd{memalign} e \funcd{valloc}, oggi obsolete; i
-rispettivi prototipi sono:
-\begin{functions}
- \headdecl{malloc.h}
-
- \funcdecl{void *valloc(size\_t size)} Alloca un blocco di memoria allineato
- alla dimensione di una pagina di memoria.
+funzioni diverse, \funcd{memalign} e \funcd{valloc}, oggi obsolete, cui si
+aggiunge \funcd{pvalloc} come estensione GNU, anch'essa obsoleta; i rispettivi
+prototipi sono:
- \funcdecl{void *memalign(size\_t boundary, size\_t size)}
- Alloca un blocco di memoria allineato ad un multiplo di \param{boundary}.
-
- \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano un puntatore al blocco di memoria
- allocato in caso di successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual
- caso \var{errno} assumerà uno dei valori seguenti:
+\begin{funcproto}{
+\fhead{malloc.h}
+\fdecl{void *valloc(size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un blocco di memoria allineato alla dimensione di una pagina di
+ memoria.}
+\fdecl{void *memalign(size\_t boundary, size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un blocco di memoria allineato ad un multiplo
+ di \param{boundary}.}
+\fdecl{void *pvalloc(size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un blocco di memoria allineato alla dimensione di una pagina di
+ memoria.}
+}
+{Entrambe le funzioni ritornano un puntatore al blocco di memoria allocato in
+ caso di successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
\begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{boundary} non è una potenza di due.
\item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'allocazione.
- \item[\errcode{EINVAL}] \param{boundary} non è multiplo di due.
- \end{errlist}
-}
-\end{functions}
-
-Le funzioni restituiscono il puntatore al buffer di memoria allocata, che per
-\func{memalign} sarà un multiplo di \param{boundary} mentre per \func{valloc}
-un multiplo della dimensione di una pagina di memoria. Nel caso della versione
-fornita dalle \acr{glibc} la memoria allocata con queste funzioni deve essere
-liberata con \func{free}, cosa che non è detto accada con altre
-implementazioni.
-
-Nessuna delle due funzioni ha una chiara standardizzazione (nessuna delle due
-compare in POSIX.1), ed inoltre ci sono indicazioni discordi sui file che ne
+ \end{errlist}}
+\end{funcproto}
+
+Le funzioni restituiscono il puntatore al buffer di memoria allocata di
+dimensioni pari a \param{size}, che per \func{memalign} sarà un multiplo di
+\param{boundary} mentre per \func{valloc} un multiplo della dimensione di una
+pagina di memoria; lo stesso vale per \func{pvalloc} che però arrotonda
+automaticamente la dimensione dell'allocazione al primo multiplo di una
+pagina. Nel caso della versione fornita dalla \acr{glibc} la memoria allocata
+con queste funzioni deve essere liberata con \func{free}, cosa che non è detto
+accada con altre implementazioni.
+
+Nessuna delle due funzioni ha una chiara standardizzazione e nessuna delle due
+compare in POSIX.1, inoltre ci sono indicazioni discordi sui file che ne
contengono la definizione;\footnote{secondo SUSv2 \func{valloc} è definita in
- \texttt{stdlib.h}, mentre sia le \acr{glibc} che le precedenti \acr{libc4} e
- \acr{libc5} la dichiarano in \texttt{malloc.h}, lo stesso vale per
- \func{memalign} che in alcuni sistemi è dichiarata in \texttt{stdlib.h}.}
+ \headfile{stdlib.h}, mentre sia la \acr{glibc} che le precedenti \acr{libc4}
+ e \acr{libc5} la dichiarano in \headfile{malloc.h}, lo stesso vale per
+ \func{memalign} che in alcuni sistemi è dichiarata in \headfile{stdlib.h}.}
per questo motivo il loro uso è sconsigliato, essendo state sostituite dalla
-nuova \funcd{posix\_memalign}, che è stata standardizzata in POSIX.1d; il suo
-prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{posix\_memalign(void **memptr, size\_t alignment,
- size\_t size) }
- Alloca un buffer di memoria allineato ad un multiplo di \param{alignment}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e \val{NULL} in caso
- di fallimento, o uno dei due codici di errore \errcode{ENOMEM} o
- \errcode{EINVAL}; \var{errno} non viene impostata.}
-\end{prototype}
-
-La funzione restituisce il puntatore al buffer allocato all'indirizzo indicato
-da \param{memptr}. La funzione fallisce nelle stesse condizioni delle due
-funzioni precedenti, ma a differenza di \func{memalign} restituisce un codice
-di errore \errcode{EINVAL} anche se \param{alignment} non è un multiplo della
-la dimensione di \code{sizeof(void *)}. Come per le precedenti la memoria
-allocata con \func{posix\_memalign} può essere disallocata con
-\func{free}.\footnote{che in questo caso è quanto richiesto dallo standard.}
+nuova \funcd{posix\_memalign}, che è stata standardizzata in POSIX.1d e
+disponibile dalla \acr{glibc} 2.1.91; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{posix\_memalign(void **memptr, size\_t alignment, size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un buffer di memoria allineato ad un multiplo
+ di \param{alignment}.}
+}
+{Entrambe le funzioni ritornano un puntatore al blocco di memoria allocato in
+ caso di successo e \val{NULL} in caso di errore, nel qual caso \var{errno}
+ assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{alignment} non è potenza di due o un multiplo
+ di \code{sizeof(void *)}.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per l'allocazione.
+ \end{errlist}}
+\end{funcproto}
+
+La funzione restituisce il puntatore al buffer allocato di dimensioni pari
+a \param{size} nella variabile (di tipo \texttt{void *}) posta all'indirizzo
+indicato da \param{memptr}. La funzione fallisce nelle stesse condizioni delle
+due funzioni precedenti, ma a loro differenza restituisce direttamente come
+valore di ritorno il codice di errore. Come per le precedenti la memoria
+allocata con \func{posix\_memalign} deve essere disallocata con \func{free},
+che in questo caso però è quanto richiesto dallo standard.
+
+Dalla versione 2.16 della \acr{glibc} è stata aggiunta anche la funzione
+\funcd{aligned\_alloc}, prevista dallo standard C11 (e disponibile definendo
+\const{\_ISOC11\_SOURCE}), il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{malloc.h}
+\fdecl{void *aligned\_alloc(size\_t alignment, size\_t size)}
+\fdesc{Alloca un blocco di memoria allineato ad un multiplo
+ di \param{alignment}.}
+}
+{La funzione ha gli stessi valori di ritorno e codici di errore di
+ \func{memalign}.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione è identica a \func{memalign} ma richiede che \param{size} sia un
+multiplo di \param{alignment}. Infine si tenga presente infine che nessuna di
+queste funzioni inizializza il buffer di memoria allocato, il loro
+comportamento cioè è analogo, allineamento a parte, a quello di \func{malloc}.
Un secondo caso in cui risulta estremamente utile poter avere un maggior
controllo delle modalità di allocazione della memoria è quello in cui cercano
-errori di programmazione. Esempi di questi errori sono chiamate doppie alla
-funzione \func{free} con lo stesso puntatore, o i cosiddetti
-\itindex{buffer~overrun} \textit{buffer overrun}, cioè le scritture su un buffer
-oltre le dimensioni della sua allocazione,\footnote{entrambe queste operazioni
- causano in genere la corruzione dei dati di controllo delle funzioni di
- allocazione, che vengono anch'essi mantenuti nello \itindex{heap}
- \textit{heap} per tenere traccia delle zone di memoria allocata.} o i
-classici \itindex{memory~leak} \textit{memory leak}.
-
-Una prima funzionalità di ausilio nella ricerca di questi errori viene fornita
-dalla \acr{glibc} tramite l'uso della variabile di ambiente
-\var{MALLOC\_CHECK\_}. Quando questa viene definita al posto della versione
-ordinaria delle funzioni di allocazione (\func{malloc}, \func{calloc},
-\func{realloc}, e \func{free}) viene usata una versione meno efficiente ma in
-grado di rilevare (e tollerare) alcuni degli errori più semplici, come le
-doppie chiamate a \func{free} o i \itindex{buffer~overrun} \textit{buffer
- overrun} di un byte.\footnote{uno degli errori più comuni, causato ad
- esempio dalla scrittura di una stringa di dimensione pari a quella del
- buffer, in cui ci si dimentica dello zero di terminazione finale.}
-
-In questo caso a seconda del valore assegnato a \var{MALLOC\_CHECK\_} si
-avranno diversi comportamenti: con 0 l'errore sarà ignorato, con 1 verrà
-stampato un messaggio sullo \textit{standard error} (vedi
-sez.~\ref{sec:file_std_stream}), con 2 verrà invocata la funzione \func{abort}
-(vedi sez.~\ref{sec:sig_alarm_abort}) che termina il programma, con 3 viene
-sia stampato il messaggio d'errore che abortito il programma. In genere è
-opportuno definire la variabile ad un valore diverso da zero che consente di
-rilevare un errore nel momento in cui avviene.
-
-Una modalità alternativa per effettuare dei controlli di consistenza sullo
-stato delle allocazioni di memoria eseguite con \func{malloc}, anche questa
-fornita come estensione specifica (e non standard) delle \acr{glibc}, è quella
-di utilizzare la funzione \funcd{mcheck}, che deve essere chiamata prima di
-eseguire qualunque allocazione con \func{malloc}; il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{mcheck.h}{mcheck(void (*abortfn) (enum mcheck\_status
- status))}
- Attiva i controlli di consistenza delle allocazioni eseguite da \func{malloc}.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
- fallimento; \var{errno} non viene impostata.}
-\end{prototype}
-
-La funzione consente di registrare una funzione di emergenza, da passare come
-argomento, che verrà eseguita tutte le volte che, in una successiva esecuzione
-di \func{malloc}, venissero trovate delle inconsistenze, come delle operazioni
-di scrittura oltre i limiti dei buffer allocati. Per questo motivo la funzione
-deve essere chiamata prima di qualunque allocazione di memoria, altrimenti
-fallirà con un valore di ritorno pari a $-1$.
-
-Se come argomento di \func{mcheck} si passa \val{NULL} verrà utilizzata una
-funzione predefinita che stampa un messaggio di errore ed invoca la funzione
-\func{abort} (vedi sez.~\ref{sec:sig_alarm_abort}), altrimenti si dovrà create
-una funzione personalizzata che verrà eseguita ricevendo un unico argomento di
-tipo \type{mcheck\_status},\footnote{trattasi in sostanza di un codice di
- errore che la funzione di emergenza potrà utilizzare per prendere le
- opportune azioni.} un tipo enumerato che può assumere soltanto i valori di
-tab.~\ref{tab:mcheck_status_value}.
+errori di programmazione. Esempi di questi errori sono i \textit{double free},
+o i cosiddetti \itindex{buffer~overrun} \textit{buffer overrun}, cioè le
+scritture su un buffer oltre le dimensioni della sua
+allocazione,\footnote{entrambe queste operazioni causano in genere la
+ corruzione dei dati di controllo delle funzioni di allocazione, che vengono
+ anch'essi mantenuti nello \textit{heap} per tenere traccia delle zone di
+ memoria allocata.} o i classici \textit{memory leak}.
+
+Abbiamo visto in sez.~\ref{sec:proc_mem_lock} come una prima funzionalità di
+ausilio nella ricerca di questi errori sia l'uso della variabile di ambiente
+\envvar{MALLOC\_CHECK\_}. Una modalità alternativa per effettuare dei
+controlli di consistenza sullo stato delle allocazioni di memoria eseguite con
+\func{malloc}, anche questa fornita come estensione specifica (e non standard)
+della \acr{glibc}, è quella di utilizzare la funzione \funcd{mcheck}, che deve
+essere chiamata prima di eseguire qualunque allocazione con \func{malloc}; il
+suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{mcheck.h}
+\fdecl{int mcheck(void (*abortfn) (enum mcheck\_status status))}
+\fdesc{Attiva i controlli di consistenza delle allocazioni di memoria.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore;
+ \var{errno} non viene impostata.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione consente di registrare una funzione di emergenza che verrà
+eseguita tutte le volte che, in una successiva esecuzione di \func{malloc},
+venissero trovate delle inconsistenze, come delle operazioni di scrittura
+oltre i limiti dei buffer allocati. Per questo motivo la funzione deve essere
+chiamata prima di qualunque allocazione di memoria, altrimenti fallirà.
+
+Se come primo argomento di \func{mcheck} si passa \val{NULL} verrà utilizzata
+una funzione predefinita che stampa un messaggio di errore ed invoca la
+funzione \func{abort} (vedi sez.~\ref{sec:sig_alarm_abort}), altrimenti si
+dovrà creare una funzione personalizzata in grado di ricevere il tipo di
+errore ed agire di conseguenza.
+
+Nonostante la scarsa leggibilità del prototipo si tratta semplicemente di
+definire una funzione di tipo \code{void abortfn(enum mcheck\_status status)},
+che non deve restituire nulla e che deve avere un unico argomento di tipo
+\code{mcheck\_status}. In caso di errore la funzione verrà eseguita ricevendo
+un opportuno valore di \param{status} che è un tipo enumerato che può assumere
+soltanto i valori di tab.~\ref{tab:mcheck_status_value} che indicano la
+tipologia di errore riscontrata.
\begin{table}[htb]
\centering
\textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\
\hline
\hline
- \macro{MCHECK\_OK} & riportato (a \func{mprobe}) se nessuna
- inconsistenza è presente.\\
- \macro{MCHECK\_DISABLED}& riportato (a \func{mprobe}) se si è chiamata
- \func{mcheck} dopo aver già usato
- \func{malloc}.\\
- \macro{MCHECK\_HEAD} & i dati immediatamente precedenti il buffer sono
- stati modificati, avviene in genere quando si
- decrementa eccessivamente il valore di un
- puntatore scrivendo poi prima dell'inizio del
- buffer.\\
- \macro{MCHECK\_TAIL} & i dati immediatamente seguenti il buffer sono
- stati modificati, succede quando si va scrivere
- oltre la dimensione corretta del buffer.\\
- \macro{MCHECK\_FREE} & il buffer è già stato disallocato.\\
+ \constd{MCHECK\_OK} & Riportato a \func{mprobe} se nessuna
+ inconsistenza è presente.\\
+ \constd{MCHECK\_DISABLED}& Riportato a \func{mprobe} se si è chiamata
+ \func{mcheck} dopo aver già usato
+ \func{malloc}.\\
+ \constd{MCHECK\_HEAD} & I dati immediatamente precedenti il buffer sono
+ stati modificati, avviene in genere quando si
+ decrementa eccessivamente il valore di un
+ puntatore scrivendo poi prima dell'inizio del
+ buffer.\\
+ \constd{MCHECK\_TAIL} & I dati immediatamente seguenti il buffer sono
+ stati modificati, succede quando si va scrivere
+ oltre la dimensione corretta del buffer.\\
+ \constd{MCHECK\_FREE} & Il buffer è già stato disallocato.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Valori dello stato dell'allocazione di memoria ottenibili dalla
\end{table}
Una volta che si sia chiamata \func{mcheck} con successo si può anche
-controllare esplicitamente lo stato delle allocazioni (senza aspettare un
-errore nelle relative funzioni) utilizzando la funzione \funcd{mprobe}, il cui
+controllare esplicitamente lo stato delle allocazioni senza aspettare un
+errore nelle relative funzioni utilizzando la funzione \funcd{mprobe}, il cui
prototipo è:
-\begin{prototype}{mcheck.h}{enum mcheck\_status mprobe(ptr)}
- Esegue un controllo di consistenza delle allocazioni.
-
- \bodydesc{La funzione restituisce un codice fra quelli riportati in
- tab.\ref{tab:mcheck_status_value}.}
-\end{prototype}
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{mcheck.h}
+\fdecl{enum mcheck\_status mprobe(ptr)}
+\fdesc{Esegue un controllo di consistenza delle allocazioni.}
+}
+{La funzione ritorna un codice fra quelli riportati in
+ tab.~\ref{tab:mcheck_status_value} e non ha errori.}
+\end{funcproto}
La funzione richiede che si passi come argomento un puntatore ad un blocco di
memoria precedentemente allocato con \func{malloc} o \func{realloc}, e
restituisce lo stesso codice di errore che si avrebbe per la funzione di
emergenza ad una successiva chiamata di una funzione di allocazione, e poi i
primi due codici che indicano rispettivamente quando tutto è a posto o il
-controllo non è possibile per non aver chiamato \func{mcheck} in tempo.
+controllo non è possibile per non aver chiamato \func{mcheck} in tempo.
% TODO: trattare le altre funzionalità avanzate di \func{malloc}, mallopt,
% mtrace, muntrace, mallinfo e gli hook con le glibc 2.10 c'è pure malloc_info
\section{Argomenti, ambiente ed altre proprietà di un processo}
\label{sec:proc_options}
-
In questa sezione esamineremo le funzioni che permettono di gestire gli
argomenti e le opzioni, e quelle che consentono di manipolare ed utilizzare le
variabili di ambiente. Accenneremo infine alle modalità con cui si può gestire
\label{sec:proc_par_format}
Tutti i programmi hanno la possibilità di ricevere argomenti e opzioni quando
-vengono lanciati. Il passaggio degli argomenti e delle opzioni è effettuato
-attraverso gli argomenti \param{argc} e \param{argv} della funzione
-\func{main}, che vengono passati al programma dalla shell (o dal processo che
-esegue la \func{exec}, secondo le modalità che vedremo in
-sez.~\ref{sec:proc_exec}) quando questo viene messo in esecuzione.
-
-In genere il passaggio di argomenti ed opzioni ad un programma viene
-effettuato dalla shell, che si incarica di leggere la linea di comando e di
-effettuarne la scansione (il cosiddetto \textit{parsing}) per individuare le
-parole che la compongono, ciascuna delle quali potrà essere considerata un
-argomento o un'opzione. Di norma per individuare le parole che andranno a
-costituire la lista degli argomenti viene usato come carattere di separazione
-lo spazio o il tabulatore, ma la cosa dipende ovviamente dalle modalità con
-cui si effettua la scansione.
+vengono lanciati e come accennato in sez.~\ref{sec:proc_main} questo viene
+effettuato attraverso gli argomenti \param{argc} e \param{argv} ricevuti nella
+funzione \code{main} all'avvio del programma. Questi argomenti vengono passati
+al programma dalla shell o dal processo che esegue la \func{exec} (secondo le
+modalità che vedremo in sez.~\ref{sec:proc_exec}) quando questo viene messo in
+esecuzione.
+
+Nel caso più comune il passaggio di argomenti ed opzioni viene effettuato
+dalla shell, che si incarica di leggere la linea di comando con cui si lancia
+il programma e di effettuarne la scansione (il cosiddetto \textit{parsing})
+per individuare le parole che la compongono, ciascuna delle quali potrà essere
+considerata un argomento o un'opzione.
+
+Di norma per individuare le parole che andranno a costituire la lista degli
+argomenti viene usato come carattere di separazione lo spazio o il tabulatore,
+ma la cosa dipende ovviamente dalle modalità con cui si effettua la scansione
+e dalle convenzioni adottate dal programma che la esegue: ad esempio la shell
+consente di proteggere con opportuni caratteri di controllo argomenti che
+contengono degli spazi evitando di spezzarli in parole diverse.
\begin{figure}[htb]
\centering
-% \includegraphics[width=13cm]{img/argv_argc}
-% \includegraphics[width=13cm]{img/argv_argc}
- \begin{tikzpicture}[>=stealth]
- \draw (0.5,2.5) rectangle (3.5,3);
- \draw (2,2.75) node {\texttt{argc = 5}};
- \draw (5,2.5) rectangle (8,3);
- \draw (6.5,2.75) node {\texttt{argv[0]}};
- \draw [->] (8,2.75) -- (9,2.75);
- \draw (9,2.75) node [anchor=west] {\texttt{"touch"}};
- \draw (5,2) rectangle (8,2.5);
- \draw (6.5,2.25) node {\texttt{argv[1]}};
- \draw [->] (8,2.25) -- (9,2.25);
- \draw (9,2.25) node [anchor=west] {\texttt{"-r"}};
- \draw (5,1.5) rectangle (8,2);
- \draw (6.5,1.75) node {\texttt{argv[2]}};
- \draw [->] (8,1.75) -- (9,1.75);
- \draw (9,1.75) node [anchor=west] {\texttt{"riferimento.txt"}};
- \draw (5,1.0) rectangle (8,1.5);
- \draw (6.5,1.25) node {\texttt{argv[3]}};
- \draw [->] (8,1.25) -- (9,1.25);
- \draw (9,1.25) node [anchor=west] {\texttt{"-m"}};
- \draw (5,0.5) rectangle (8,1.0);
- \draw (6.5,0.75) node {\texttt{argv[4]}};
- \draw [->] (8,0.75) -- (9,0.75);
- \draw (9,0.75) node [anchor=west] {\texttt{"questofile.txt"}};
- \draw (4.25,3.5) node{\texttt{"touch -r riferimento.txt -m questofile.txt"}};
-
- \end{tikzpicture}
+ \includegraphics[width=13cm]{img/argv_argc}
+ % \begin{tikzpicture}[>=stealth]
+ % \draw (0.5,2.5) rectangle (3.5,3);
+ % \draw (2,2.75) node {\texttt{argc = 5}};
+ % \draw (5,2.5) rectangle (8,3);
+ % \draw (6.5,2.75) node {\texttt{argv[0]}};
+ % \draw [->] (8,2.75) -- (9,2.75);
+ % \draw (9,2.75) node [anchor=west] {\texttt{"touch"}};
+ % \draw (5,2) rectangle (8,2.5);
+ % \draw (6.5,2.25) node {\texttt{argv[1]}};
+ % \draw [->] (8,2.25) -- (9,2.25);
+ % \draw (9,2.25) node [anchor=west] {\texttt{"-r"}};
+ % \draw (5,1.5) rectangle (8,2);
+ % \draw (6.5,1.75) node {\texttt{argv[2]}};
+ % \draw [->] (8,1.75) -- (9,1.75);
+ % \draw (9,1.75) node [anchor=west] {\texttt{"riferimento.txt"}};
+ % \draw (5,1.0) rectangle (8,1.5);
+ % \draw (6.5,1.25) node {\texttt{argv[3]}};
+ % \draw [->] (8,1.25) -- (9,1.25);
+ % \draw (9,1.25) node [anchor=west] {\texttt{"-m"}};
+ % \draw (5,0.5) rectangle (8,1.0);
+ % \draw (6.5,0.75) node {\texttt{argv[4]}};
+ % \draw [->] (8,0.75) -- (9,0.75);
+ % \draw (9,0.75) node [anchor=west] {\texttt{"questofile.txt"}};
+ % \draw (4.25,3.5) node{\texttt{"touch -r riferimento.txt -m questofile.txt"}};
+ % \end{tikzpicture}
\caption{Esempio dei valori di \param{argv} e \param{argc} generati nella
scansione di una riga di comando.}
\label{fig:proc_argv_argc}
\end{figure}
-Indipendentemente da come viene eseguita, il risultato della scansione deve
-essere la costruzione del vettore di puntatori \param{argv} in cui si devono
-inserire in successione i puntatori alle stringhe costituenti i vari argomenti
-ed opzioni, e della variabile \param{argc} che deve essere inizializzata al
-numero di stringhe passate. Nel caso della shell questo comporta che il primo
-argomento sia sempre il nome del programma; un esempio di questo meccanismo è
-mostrato in fig.~\ref{fig:proc_argv_argc}.
+Indipendentemente da come viene eseguita, il risultato finale della scansione
+dovrà comunque essere la costruzione del vettore di puntatori \param{argv} in
+cui si devono inserire in successione i puntatori alle stringhe costituenti i
+vari argomenti ed opzioni da passare al programma, e della
+variabile \param{argc} che deve essere inizializzata al numero di stringhe
+contenute in \param{argv}. Nel caso della shell questo comporta ad esempio che
+il primo argomento sia sempre il nome del programma. Un esempio di questo
+meccanismo è mostrato in fig.~\ref{fig:proc_argv_argc}, che illustra il
+risultato della scansione di una riga di comando.
\subsection{La gestione delle opzioni}
In generale un programma Unix riceve da linea di comando sia gli argomenti che
le opzioni, queste ultime sono standardizzate per essere riconosciute come
-tali: un elemento di \param{argv} che inizia con il carattere \texttt{'-'} e
-che non sia un singolo \texttt{'-'} o un \texttt{'-{}-'} viene considerato
-un'opzione. In genere le opzioni sono costituite da una lettera singola
-(preceduta dal carattere \cmd{'-'}) e possono avere o no un parametro
-associato; un comando tipico può essere quello mostrato in
-fig.~\ref{fig:proc_argv_argc}. In quel caso le opzioni sono \cmd{-r} e \cmd{-m}
-e la prima vuole un parametro mentre la seconda no (\cmd{questofile.txt} è un
-argomento del programma, non un parametro di \cmd{-m}).
-
-Per gestire le opzioni all'interno dei argomenti a linea di comando passati in
-\param{argv} le librerie standard del C forniscono la funzione \funcd{getopt},
-che ha il seguente prototipo:
-\begin{prototype}{unistd.h}
-{int getopt(int argc, char *const argv[], const char *optstring)}
-Esegue il parsing degli argomenti passati da linea di comando
-riconoscendo le possibili opzioni segnalate con \param{optstring}.
-
-\bodydesc{Ritorna il carattere che segue l'opzione, \cmd{':'} se manca un
- parametro all'opzione, \cmd{'?'} se l'opzione è sconosciuta, e $-1$ se non
- esistono altre opzioni.}
-\end{prototype}
+tali: un elemento di \param{argv} successivo al primo che inizia con il
+carattere ``\texttt{-}'' e che non sia un singolo ``\texttt{-}'' o un
+``\texttt{-{}-}'' viene considerato un'opzione. In genere le opzioni sono
+costituite da una lettera singola (preceduta dal carattere ``\texttt{-}'') e
+possono avere o no un parametro associato.
+
+Un esempio tipico può essere quello mostrato in
+fig.~\ref{fig:proc_argv_argc}. In quel caso le opzioni sono \cmd{-r} e
+\cmd{-m} e la prima vuole un parametro mentre la seconda no
+(\cmd{questofile.txt} è un argomento del programma, non un parametro di
+\cmd{-m}).
+
+Per gestire le opzioni all'interno degli argomenti a linea di comando passati
+in \param{argv} la libreria standard del C fornisce la funzione
+\funcd{getopt}, che ha il seguente prototipo:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{unistd.h}
+\fdecl{int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring)}
+\fdesc{Esegue la scansione delle opzioni negli argomenti della funzione
+ \code{main}.}
+}
+{Ritorna il carattere che segue l'opzione, ``\texttt{:}'' se manca un
+ parametro all'opzione, ``\texttt{?}'' se l'opzione è sconosciuta, e $-1$ se
+ non esistono altre opzioni.}
+\end{funcproto}
Questa funzione prende come argomenti le due variabili \param{argc} e
-\param{argv} passate a \func{main} ed una stringa che indica quali sono le
-opzioni valide; la funzione effettua la scansione della lista degli argomenti
-ricercando ogni stringa che comincia con \cmd{-} e ritorna ogni volta che
-trova un'opzione valida.
+\param{argv} che devono essere quelle passate come argomenti di \code{main}
+all'esecuzione del programma, ed una stringa \param{optstring} che indica
+quali sono le opzioni valide. La funzione effettua la scansione della lista
+degli argomenti ricercando ogni stringa che comincia con il carattere
+``\texttt{-}'' e ritorna ogni volta che trova un'opzione valida.
La stringa \param{optstring} indica quali sono le opzioni riconosciute ed è
costituita da tutti i caratteri usati per identificare le singole opzioni, se
-l'opzione ha un parametro al carattere deve essere fatto seguire un segno di
-due punti \texttt{':'}; nel caso di fig.~\ref{fig:proc_argv_argc} ad esempio la
-stringa di opzioni avrebbe dovuto contenere \texttt{"r:m"}.
+l'opzione ha un parametro al carattere deve essere fatto seguire il carattere
+di due punti (``\texttt{:}''); nel caso di fig.~\ref{fig:proc_argv_argc} ad
+esempio la stringa di opzioni avrebbe dovuto contenere \texttt{"r:m"}.
La modalità di uso di \func{getopt} è pertanto quella di chiamare più volte la
funzione all'interno di un ciclo, fintanto che essa non ritorna il valore $-1$
che indica che non ci sono più opzioni. Nel caso si incontri un'opzione non
-dichiarata in \param{optstring} viene ritornato il carattere \texttt{'?'}
+dichiarata in \param{optstring} viene ritornato il carattere ``\texttt{?}''
mentre se un'opzione che lo richiede non è seguita da un parametro viene
-ritornato il carattere \texttt{':'}, infine se viene incontrato il valore
-\texttt{'-{}-'} la scansione viene considerata conclusa, anche se vi sono altri
-elementi di \param{argv} che cominciano con il carattere \texttt{'-'}.
-
-\begin{figure}[htb]
- \footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15.6cm}
- \includecodesample{listati/option_code.c}
- \end{minipage}
- \normalsize
- \caption{Esempio di codice per la gestione delle opzioni.}
- \label{fig:proc_options_code}
-\end{figure}
-
-Quando la funzione trova un'opzione essa ritorna il valore numerico del
-carattere, in questo modo si possono eseguire azioni specifiche usando uno
-\code{switch}; \func{getopt} inoltre inizializza alcune variabili globali:
+ritornato il carattere ``\texttt{:}'', infine se viene incontrato il valore
+``\texttt{-{}-}'' la scansione viene considerata conclusa, anche se vi sono
+altri elementi di \param{argv} che cominciano con il carattere ``\texttt{-}''.
+
+Quando \func{getopt} trova un'opzione fra quelle indicate in \param{optstring}
+essa ritorna il valore numerico del carattere, in questo modo si possono
+eseguire azioni specifiche usando uno \instruction{switch}; la funzione
+inoltre inizializza alcune variabili globali:
\begin{itemize*}
\item \var{char *optarg} contiene il puntatore alla stringa parametro
dell'opzione.
\item \var{int optopt} contiene il carattere dell'opzione non riconosciuta.
\end{itemize*}
-In fig.~\ref{fig:proc_options_code} è mostrata la sezione del programma
-\file{ForkTest.c} (che useremo nel prossimo capitolo per effettuare dei test
-sulla creazione dei processi) deputata alla decodifica delle opzioni a riga di
-comando.
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
+ \includecodesample{listati/option_code.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice per la gestione delle opzioni.}
+ \label{fig:proc_options_code}
+\end{figure}
+
+In fig.~\ref{fig:proc_options_code} si è mostrata la sezione del programma
+\file{fork\_test.c}, che useremo nel prossimo capitolo per effettuare dei test
+sulla creazione dei processi, deputata alla decodifica delle opzioni a riga di
+comando da esso supportate.
Si può notare che si è anzitutto (\texttt{\small 1}) disabilitata la stampa di
messaggi di errore per opzioni non riconosciute, per poi passare al ciclo per
la verifica delle opzioni (\texttt{\small 2-27}); per ciascuna delle opzioni
possibili si è poi provveduto ad un'azione opportuna, ad esempio per le tre
-opzioni che prevedono un parametro si è effettuata la decodifica del medesimo
-(il cui indirizzo è contenuto nella variabile \var{optarg}) avvalorando la
+opzioni che prevedono un parametro si è effettuata la decodifica del medesimo,
+il cui indirizzo è contenuto nella variabile \var{optarg}), avvalorando la
relativa variabile (\texttt{\small 12-14}, \texttt{\small 15-17} e
-\texttt{\small 18-20}). Completato il ciclo troveremo in \var{optind} l'indice
-in \code{argv[]} del primo degli argomenti rimanenti nella linea di comando.
+\texttt{\small 18-20}). Completato il ciclo troveremo in \var{optind}
+l'indice in \code{argv[]} del primo degli argomenti rimanenti nella linea di
+comando.
Normalmente \func{getopt} compie una permutazione degli elementi di
\param{argv} cosicché alla fine della scansione gli elementi che non sono
opzioni sono spostati in coda al vettore. Oltre a questa esistono altre due
modalità di gestire gli elementi di \param{argv}; se \param{optstring} inizia
-con il carattere \texttt{'+'} (o è impostata la variabile di ambiente
-\macro{POSIXLY\_CORRECT}) la scansione viene fermata non appena si incontra un
-elemento che non è un'opzione.
+con il carattere ``\texttt{+}'' (o è impostata la variabile di ambiente
+\cmd{POSIXLY\_CORRECT}) la scansione viene fermata non appena si incontra un
+elemento che non è un'opzione.
L'ultima modalità, usata quando un programma può gestire la mescolanza fra
opzioni e argomenti, ma se li aspetta in un ordine definito, si attiva
-quando \param{optstring} inizia con il carattere \texttt{'-'}. In questo caso
+quando \param{optstring} inizia con il carattere ``\texttt{-}''. In questo caso
ogni elemento che non è un'opzione viene considerato comunque un'opzione e
associato ad un valore di ritorno pari ad 1, questo permette di identificare
gli elementi che non sono opzioni, ma non effettua il riordinamento del
\subsection{Le variabili di ambiente}
\label{sec:proc_environ}
+\index{variabili!di~ambiente|(}
Oltre agli argomenti passati a linea di comando esiste un'altra modalità che
permette di trasferire ad un processo delle informazioni in modo da
modificarne il comportamento. Ogni processo infatti riceve dal sistema, oltre
fig.~\ref{fig:proc_envirno_list}.
\begin{figure}[htb]
\centering
-% \includegraphics[width=15 cm]{img/environ_var}
- \begin{tikzpicture}[>=stealth]
- \draw (2,3.5) node {\textsf{Environment pointer}};
- \draw (6,3.5) node {\textsf{Environment list}};
- \draw (10.5,3.5) node {\textsf{Environment string}};
- \draw (0.5,2.5) rectangle (3.5,3);
- \draw (2,2.75) node {\texttt{environ}};
- \draw [->] (3.5,2.75) -- (4.5,2.75);
- \draw (4.5,2.5) rectangle (7.5,3);
- \draw (6,2.75) node {\texttt{environ[0]}};
- \draw (4.5,2) rectangle (7.5,2.5);
- \draw (6,2.25) node {\texttt{environ[1]}};
- \draw (4.5,1.5) rectangle (7.5,2);
- \draw (4.5,1) rectangle (7.5,1.5);
- \draw (4.5,0.5) rectangle (7.5,1);
- \draw (4.5,0) rectangle (7.5,0.5);
- \draw (6,0.25) node {\texttt{NULL}};
- \draw [->] (7.5,2.75) -- (8.5,2.75);
- \draw (8.5,2.75) node[right] {\texttt{HOME=/home/piccardi}};
- \draw [->] (7.5,2.25) -- (8.5,2.25);
- \draw (8.5,2.25) node[right] {\texttt{PATH=:/bin:/usr/bin}};
- \draw [->] (7.5,1.75) -- (8.5,1.75);
- \draw (8.5,1.75) node[right] {\texttt{SHELL=/bin/bash}};
- \draw [->] (7.5,1.25) -- (8.5,1.25);
- \draw (8.5,1.25) node[right] {\texttt{EDITOR=emacs}};
- \draw [->] (7.5,0.75) -- (8.5,0.75);
- \draw (8.5,0.75) node[right] {\texttt{OSTYPE=linux-gnu}};
- \end{tikzpicture}
+ \includegraphics[width=13cm]{img/environ_var}
+ % \begin{tikzpicture}[>=stealth]
+ % \draw (2,3.5) node {\textsf{Environment pointer}};
+ % \draw (6,3.5) node {\textsf{Environment list}};
+ % \draw (10.5,3.5) node {\textsf{Environment string}};
+ % \draw (0.5,2.5) rectangle (3.5,3);
+ % \draw (2,2.75) node {\texttt{environ}};
+ % \draw [->] (3.5,2.75) -- (4.5,2.75);
+ % \draw (4.5,2.5) rectangle (7.5,3);
+ % \draw (6,2.75) node {\texttt{environ[0]}};
+ % \draw (4.5,2) rectangle (7.5,2.5);
+ % \draw (6,2.25) node {\texttt{environ[1]}};
+ % \draw (4.5,1.5) rectangle (7.5,2);
+ % \draw (4.5,1) rectangle (7.5,1.5);
+ % \draw (4.5,0.5) rectangle (7.5,1);
+ % \draw (4.5,0) rectangle (7.5,0.5);
+ % \draw (6,0.25) node {\texttt{NULL}};
+ % \draw [->] (7.5,2.75) -- (8.5,2.75);
+ % \draw (8.5,2.75) node[right] {\texttt{HOME=/home/piccardi}};
+ % \draw [->] (7.5,2.25) -- (8.5,2.25);
+ % \draw (8.5,2.25) node[right] {\texttt{PATH=:/bin:/usr/bin}};
+ % \draw [->] (7.5,1.75) -- (8.5,1.75);
+ % \draw (8.5,1.75) node[right] {\texttt{SHELL=/bin/bash}};
+ % \draw [->] (7.5,1.25) -- (8.5,1.25);
+ % \draw (8.5,1.25) node[right] {\texttt{EDITOR=emacs}};
+ % \draw [->] (7.5,0.75) -- (8.5,0.75);
+ % \draw (8.5,0.75) node[right] {\texttt{OSTYPE=linux-gnu}};
+ % \end{tikzpicture}
\caption{Esempio di lista delle variabili di ambiente.}
\label{fig:proc_envirno_list}
\end{figure}
Per convenzione le stringhe che definiscono l'ambiente sono tutte del tipo
-\textsl{\texttt{nome=valore}} ed in questa forma che le funzioni di gestione
+\textsl{\texttt{NOME=valore}} ed in questa forma che le funzioni di gestione
che vedremo a breve se le aspettano, se pertanto si dovesse costruire
manualmente un ambiente si abbia cura di rispettare questa convenzione.
Inoltre alcune variabili, come quelle elencate in
fig.~\ref{fig:proc_envirno_list}, sono definite dal sistema per essere usate
da diversi programmi e funzioni: per queste c'è l'ulteriore convenzione di
usare nomi espressi in caratteri maiuscoli.\footnote{ma si tratta solo di una
- convenzione, niente vieta di usare caratteri minuscoli.}
+ convenzione, niente vieta di usare caratteri minuscoli, come avviene in vari
+ casi.}
Il kernel non usa mai queste variabili, il loro uso e la loro interpretazione è
riservata alle applicazioni e ad alcune funzioni di libreria; in genere esse
queste variabili al programma messo in esecuzione attraverso un uso opportuno
delle relative chiamate (si veda sez.~\ref{sec:proc_exec}).
-La shell ad esempio ne usa molte per il suo funzionamento, come \texttt{PATH}
+La shell ad esempio ne usa molte per il suo funzionamento, come \envvar{PATH}
per indicare la lista delle directory in cui effettuare la ricerca dei comandi
-o \texttt{PS1} per impostare il proprio \textit{prompt}. Alcune di esse, come
-\texttt{HOME}, \texttt{USER}, ecc. sono invece definite al login (per i
+o \envvar{PS1} per impostare il proprio \textit{prompt}. Alcune di esse, come
+\envvar{HOME}, \envvar{USER}, ecc. sono invece definite al login (per i
dettagli si veda sez.~\ref{sec:sess_login}), ed in genere è cura della propria
distribuzione definire le opportune variabili di ambiente in uno script di
avvio. Alcune servono poi come riferimento generico per molti programmi, come
-\texttt{EDITOR} che indica l'editor preferito da invocare in caso di
-necessità. Una in particolare, \texttt{LANG}, serve a controllare la
-localizzazione del programma (su cui torneremo in
-sez.~\ref{sec:proc_localization}) per adattarlo alla lingua ed alle convezioni
+\envvar{EDITOR} che indica l'editor preferito da invocare in caso di
+necessità. Una in particolare, \envvar{LANG}, serve a controllare la
+localizzazione del programma
+%(su cui torneremo in sez.~\ref{sec:proc_localization})
+per adattarlo alla lingua ed alle convezioni
dei vari paesi.
Gli standard POSIX e XPG3 definiscono alcune di queste variabili (le più
\begin{table}[htb]
\centering
\footnotesize
- \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|p{7cm}|}
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|l|}
\hline
\textbf{Variabile} & \textbf{POSIX} & \textbf{XPG3}
& \textbf{Linux} & \textbf{Descrizione} \\
\hline
\hline
- \texttt{USER} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Nome utente\\
- \texttt{LOGNAME}&$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Nome di login\\
+ \texttt{USER} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Nome utente.\\
+ \texttt{LOGNAME}&$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Nome di login.\\
\texttt{HOME} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Directory base
- dell'utente\\
- \texttt{LANG} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Localizzazione\\
+ dell'utente.\\
+ \texttt{LANG} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Localizzazione.\\
\texttt{PATH} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Elenco delle directory
- dei programmi\\
- \texttt{PWD} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Directory corrente\\
- \texttt{SHELL} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Shell in uso\\
- \texttt{TERM} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Tipo di terminale\\
+ dei programmi.\\
+ \texttt{PWD} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Directory corrente.\\
+ \texttt{SHELL} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Shell in uso.\\
+ \texttt{TERM} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Tipo di terminale.\\
\texttt{PAGER} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Programma per vedere i
- testi\\
- \texttt{EDITOR} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Editor preferito\\
- \texttt{BROWSER}&$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Browser preferito\\
+ testi.\\
+ \texttt{EDITOR} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Editor preferito.\\
+ \texttt{BROWSER}&$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Browser preferito.\\
\texttt{TMPDIR} &$\bullet$&$\bullet$&$\bullet$& Directory dei file
- temporanei\\
+ temporanei.\\
\hline
\end{tabular}
\caption{Esempi delle variabili di ambiente più comuni definite da vari
nelle specifiche di come sono strutturati i contenuti, definisce la funzione
\funcd{getenv} che permette di ottenere i valori delle variabili di ambiente;
il suo prototipo è:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{char *getenv(const char *name)}
- Esamina l'ambiente del processo cercando una stringa che corrisponda a
- quella specificata da \param{name}.
-
- \bodydesc{La funzione ritorna \val{NULL} se non trova nulla, o il
- puntatore alla stringa che corrisponde (di solito nella forma
- \cmd{NOME=valore}).}
-\end{prototype}
-Oltre a questa funzione di lettura, che è l'unica definita dallo standard ANSI
-C, nell'evoluzione dei sistemi Unix ne sono state proposte altre, da
-utilizzare per impostare e per cancellare le variabili di ambiente. Uno schema
-delle funzioni previste nei vari standard e disponibili in Linux è riportato
-in tab.~\ref{tab:proc_env_func}.
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{char *getenv(const char *name)}
+\fdesc{Cerca una variabile di ambiente del processo.}
+}
+{La funzione ritorna il puntatore alla stringa contenente il valore della
+ variabile di ambiente in caso di successo e \val{NULL} per un errore.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione effettua una ricerca nell'ambiente del processo cercando una
+variabile il cui nome corrisponda a quanto indicato con
+l'argomento \param{name}, ed in caso di successo ritorna il puntatore alla
+stringa che ne contiene il valore, nella forma ``\texttt{NOME=valore}''.
\begin{table}[htb]
\centering
\label{tab:proc_env_func}
\end{table}
-In Linux\footnote{in realtà nelle libc4 e libc5 sono definite solo le prime
- quattro, \func{clearenv} è stata introdotta con le \acr{glibc} 2.0.} sono
-definite tutte le funzioni elencate in tab.~\ref{tab:proc_env_func}. La prima,
-\func{getenv}, l'abbiamo appena esaminata; delle restanti le prime due,
-\funcd{putenv} e \funcd{setenv}, servono per assegnare nuove variabili di
-ambiente, i loro prototipi sono i seguenti:
-\begin{functions}
- \headdecl{stdlib.h}
-
- \funcdecl{int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite)}
- Imposta la variabile di ambiente \param{name} al valore \param{value}.
-
- \funcdecl{int putenv(char *string)} Aggiunge la stringa \param{string}
- all'ambiente.
-
- \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano 0 in caso di successo e $-1$ per un
- errore, che è sempre \errval{ENOMEM}.}
-\end{functions}
-
-La terza funzione della lista, \funcd{unsetenv}, serve a cancellare una
-variabile dall'ambiente, il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{stdlib.h}
-
- \funcdecl{void unsetenv(const char *name)} Rimuove la variabile di ambiente
- \param{name}.
-\end{functions}
-
-\noindent la funzione elimina ogni occorrenza della variabile specificata; se la
-variabile non esiste non succede nulla. Non è prevista (dato che la funzione è
-\ctyp{void}) nessuna segnalazione di errore.
-
-Per modificare o aggiungere una variabile di ambiente si possono usare sia
-\func{setenv} che \func{putenv}. La prima permette di specificare
-separatamente nome e valore della variabile di ambiente, inoltre il valore di
-\param{overwrite} specifica il comportamento della funzione nel caso la
-variabile esista già, sovrascrivendola se diverso da zero, lasciandola
-immutata se uguale a zero.
-
-La seconda funzione prende come argomento una stringa analoga a quella
-restituita da \func{getenv}, e sempre nella forma \code{NOME=valore}. Se la
-variabile specificata non esiste la stringa sarà aggiunta all'ambiente, se
-invece esiste il suo valore sarà impostato a quello specificato da
-\param{string}.
+Oltre a questa funzione di lettura, che è l'unica definita dallo standard ANSI
+C, nell'evoluzione dei sistemi Unix ne sono state proposte altre, da
+utilizzare per impostare, modificare e cancellare le variabili di
+ambiente. Uno schema delle funzioni previste nei vari standard e disponibili
+in Linux è riportato in tab.~\ref{tab:proc_env_func}. Tutte le funzioni sono
+state comunque inserite nello standard POSIX.1-2001, ad eccetto di
+\func{clearenv} che è stata rigettata.
+
+In Linux sono definite tutte le funzioni elencate in
+tab.~\ref{tab:proc_env_func},\footnote{in realtà nelle libc4 e libc5 sono
+ definite solo le prime quattro, \func{clearenv} è stata introdotta con la
+ \acr{glibc} 2.0.} anche se parte delle funzionalità sono ridondanti. La
+prima funzione di manipolazione che prenderemo in considerazione è
+\funcd{putenv}, che consente di aggiungere, modificare e cancellare una
+variabile di ambiente; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fdecl{int putenv(char *string)}
+\fdesc{Inserisce, modifica o rimuove una variabile d'ambiente.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore, che può
+ essere solo \errval{ENOMEM}.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione prende come argomento una stringa analoga a quella restituita da
+\func{getenv} e sempre nella forma ``\texttt{NOME=valore}''. Se la variabile
+specificata (nel caso \texttt{NOME}) non esiste la stringa sarà aggiunta
+all'ambiente, se invece esiste il suo valore sarà impostato a quello
+specificato dal contenuto di \param{string} (nel caso \texttt{valore}). Se
+invece si passa come argomento solo il nome di una variabile di ambiente
+(cioè \param{string} è nella forma ``\texttt{NOME}'' e non contiene il
+carattere ``\texttt{=}'') allora questa, se presente nell'ambiente, verrà
+cancellata.
Si tenga presente che, seguendo lo standard SUSv2, le \acr{glibc} successive
-alla versione 2.1.2 aggiungono \param{string} alla lista delle variabili di
-ambiente;\footnote{il comportamento è lo stesso delle vecchie \acr{libc4} e
- \acr{libc5}; nelle \acr{glibc}, dalla versione 2.0 alla 2.1.1, veniva invece
- fatta una copia, seguendo il comportamento di BSD4.4; dato che questo può
- dar luogo a perdite di memoria e non rispetta lo standard. Il comportamento
- è stato modificato a partire dalle 2.1.2, eliminando anche, sempre in
- conformità a SUSv2, l'attributo \direct{const} dal prototipo.} pertanto ogni
-cambiamento alla stringa in questione si riflette automaticamente
-sull'ambiente, e quindi si deve evitare di passare a questa funzione una
-variabile automatica (per evitare i problemi esposti in
-sez.~\ref{sec:proc_auto_var}). Si tenga infine presente che se si passa a
-\func{putenv} solo il nome di una variabile (cioè \param{string} è nella forma
-\texttt{NAME} e non contiene un carattere \texttt{'='}) allora questa viene
-cancellata dall'ambiente.
-
-Infine quando chiamata a \func{putenv} comporta la necessità di creare una
+alla versione 2.1.2 aggiungono direttamente \param{string} nella lista delle
+variabili di ambiente illustrata in fig.~\ref{fig:proc_envirno_list}
+sostituendo il relativo puntatore;\footnote{il comportamento è lo stesso delle
+ vecchie \acr{libc4} e \acr{libc5}; nella \acr{glibc}, dalla versione 2.0
+ alla 2.1.1, veniva invece fatta una copia, seguendo il comportamento di
+ BSD4.4; dato che questo può dar luogo a perdite di memoria e non rispetta lo
+ standard il comportamento è stato modificato a partire dalla 2.1.2,
+ eliminando anche, sempre in conformità a SUSv2, l'attributo \direct{const}
+ dal prototipo.} pertanto ogni cambiamento alla stringa in questione si
+riflette automaticamente sull'ambiente, e quindi si deve evitare di passare a
+questa funzione una variabile automatica (per evitare i problemi esposti in
+sez.~\ref{sec:proc_var_passing}). Benché non sia richiesto dallo standard,
+nelle versioni della \acr{glibc} a partire dalla 2.1 la funzione è rientrante
+(vedi sez.~\ref{sec:proc_reentrant}).
+
+Infine quando una chiamata a \func{putenv} comporta la necessità di creare una
nuova versione del vettore \var{environ} questo sarà allocato automaticamente,
ma la versione corrente sarà deallocata solo se anch'essa è risultante da
un'allocazione fatta in precedenza da un'altra \func{putenv}. Questo avviene
perché il vettore delle variabili di ambiente iniziale, creato dalla chiamata
ad \func{exec} (vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}) è piazzato nella memoria al di
-sopra dello \itindex{stack} stack, (vedi fig.~\ref{fig:proc_mem_layout}) e non
-nello \itindex{heap} \textit{heap} e quindi non può essere deallocato.
-Inoltre la memoria associata alle variabili di ambiente eliminate non viene
-liberata.
-
-L'ultima funzione per la gestione dell'ambiente è \funcd{clearenv}, che viene
-usata per cancellare completamente tutto l'ambiente; il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{stdlib.h}
-
- \funcdecl{int clearenv(void)}
- Cancella tutto l'ambiente.
-
- \bodydesc{la funzione restituisce 0 in caso di successo e un valore diverso
- da zero per un errore.}
-\end{functions}
+sopra dello \textit{stack}, (vedi fig.~\ref{fig:proc_mem_layout}) e non nello
+\textit{heap} e quindi non può essere deallocato. Inoltre la memoria
+associata alle variabili di ambiente eliminate non viene liberata.
+
+Come alternativa a \func{putenv} si può usare la funzione \funcd{setenv} che
+però consente solo di aggiungere o modificare una variabile di ambiente; il
+suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite)}
+\fdesc{Inserisce o modifica una variabile di ambiente.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore,
+ nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{name} è \val{NULL} o una stringa di lunghezza
+ nulla o che contiene il carattere ``\texttt{=}''.
+ \item[\errcode{ENOMEM}] non c'è memoria sufficiente per aggiungere una nuova
+ variabile all'ambiente.
+\end{errlist}}
+\end{funcproto}
+
+La funzione consente di specificare separatamente nome e valore della
+variabile di ambiente da aggiungere negli argomenti \param{name}
+e \param{value}. Se la variabile è già presente nell'ambiente
+l'argomento \param{overwrite} specifica il comportamento della funzione, se
+diverso da zero sarà sovrascritta, se uguale a zero sarà lasciata immutata. A
+differenza di \func{putenv} la funzione esegue delle copie del contenuto degli
+argomenti \param{name} e \param{value} e non è necessario preoccuparsi di
+allocarli in maniera permanente.
+
+La cancellazione di una variabile di ambiente viene invece gestita
+esplicitamente con \funcd{unsetenv}, il cui prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{int unsetenv(const char *name)}
+\fdesc{Rimuove una variabile di ambiente.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e $-1$ per un errore,
+ nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EINVAL}] \param{name} è \val{NULL} o una stringa di lunghezza
+ nulla o che contiene il carattere ``\texttt{=}''.
+\end{errlist}}
+\end{funcproto}
+
+La funzione richiede soltanto il nome della variabile di ambiente
+nell'argomento \param{name}, se la variabile non esiste la funzione ritorna
+comunque con un valore di successo.\footnote{questo con le versioni della
+ \acr{glibc} successive la 2.2.2, per le precedenti \func{unsetenv} era
+ definita come \texttt{void} e non restituiva nessuna informazione.}
+
+L'ultima funzione per la gestione dell'ambiente è
+\funcd{clearenv},\footnote{che come accennato è l'unica non presente nello
+ standard POSIX.1-2000, ed è disponibili solo per versioni della \acr{glibc}
+ a partire dalla 2.0; per poterla utilizzare occorre aver definito le macro
+ \macro{\_SVID\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE}.} che viene usata per
+cancellare completamente tutto l'ambiente; il suo prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{stdlib.h}
+\fdecl{int clearenv(void)}
+\fdesc{Cancella tutto l'ambiente.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ in caso di successo e un valore diverso da zero per
+ un errore.}
+\end{funcproto}
In genere si usa questa funzione in maniera precauzionale per evitare i
problemi di sicurezza connessi nel trasmettere ai programmi che si invocano un
-ambiente che può contenere dei dati non controllati. In tal caso si provvede
-alla cancellazione di tutto l'ambiente per costruirne una versione
-``\textsl{sicura}'' da zero.
+ambiente che può contenere dei dati non controllati, le cui variabili possono
+causare effetti indesiderati. Con l'uso della funzione si provvede alla
+cancellazione di tutto l'ambiente originale in modo da poterne costruirne una
+versione ``\textsl{sicura}'' da zero.
-\subsection{La localizzazione}
-\label{sec:proc_localization}
+\index{variabili!di~ambiente|)}
-Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:proc_environ} come la variabile di ambiente
-\texttt{LANG} sia usata per indicare ai processi il valore della cosiddetta
-\textsl{localizzazione}. Si tratta di una funzionalità fornita dalle librerie
-di sistema\footnote{prenderemo in esame soltanto il caso delle \acr{glibc}.}
-che consente di gestire in maniera automatica sia la lingua in cui vengono
-stampati i vari messaggi (come i messaggi associati agli errori che vedremo in
-sez.~\ref{sec:sys_strerror}) che le convenzioni usate nei vari paesi per una
-serie di aspetti come il formato dell'ora, quello delle date, gli ordinamenti
-alfabetici, le espressioni della valute, ecc.
-La localizzazione di un programma si può selezionare con la
+% \subsection{La localizzazione}
+% \label{sec:proc_localization}
+% Abbiamo accennato in sez.~\ref{sec:proc_environ} come la variabile di ambiente
+% \envvar{LANG} sia usata per indicare ai processi il valore della cosiddetta
+% \textsl{localizzazione}. Si tratta di una funzionalità fornita dalle librerie
+% di sistema\footnote{prenderemo in esame soltanto il caso della \acr{glibc}.}
+% che consente di gestire in maniera automatica sia la lingua in cui vengono
+% stampati i vari messaggi (come i messaggi associati agli errori che vedremo in
+% sez.~\ref{sec:sys_strerror}) che le convenzioni usate nei vari paesi per una
+% serie di aspetti come il formato dell'ora, quello delle date, gli ordinamenti
+% alfabetici, le espressioni della valute, ecc.
-In realtà perché un programma sia effettivamente localizzato non è sufficiente
+% Da finire.
+
+% La localizzazione di un programma si può selezionare con la
+
+% In realtà perché un programma sia effettivamente localizzato non è sufficiente
% TODO trattare, quando ci sarà tempo, setlocale ed il resto
%\label{sec:proc_opt_extended}
%Oltre alla modalità ordinaria di gestione delle opzioni trattata in
-%sez.~\ref{sec:proc_opt_handling} le \acr{glibc} forniscono una modalità
+%sez.~\ref{sec:proc_opt_handling} la \acr{glibc} fornisce una modalità
%alternativa costituita dalle cosiddette \textit{long-options}, che consente di
%esprimere le opzioni in una forma più descrittiva che nel caso più generale è
%qualcosa del tipo di ``\texttt{-{}-option-name=parameter}''.
% TODO opzioni in formato esteso
+% TODO trattare il vettore ausiliario e getauxval (vedi
+% http://lwn.net/Articles/519085/)
+
+
\section{Problematiche di programmazione generica}
\label{sec:proc_gen_prog}
-Benché questo non sia un libro di C, è opportuno affrontare alcune delle
-problematiche generali che possono emergere nella programmazione e di quali
-precauzioni o accorgimenti occorre prendere per risolverle. Queste
-problematiche non sono specifiche di sistemi unix-like o multitasking, ma
-avendo trattato in questo capitolo il comportamento dei processi visti come
-entità a sé stanti, le riportiamo qui.
+Benché questo non sia un libro sul linguaggio C, è opportuno affrontare alcune
+delle problematiche generali che possono emergere nella programmazione con
+questo linguaggio e di quali precauzioni o accorgimenti occorre prendere per
+risolverle. Queste problematiche non sono specifiche di sistemi unix-like o
+\textit{multitasking}, ma avendo trattato in questo capitolo il comportamento
+dei processi visti come entità a sé stanti, le riportiamo qui.
-\subsection{Il passaggio delle variabili e dei valori di ritorno}
+\subsection{Il passaggio di variabili e valori di ritorno nelle funzioni}
\label{sec:proc_var_passing}
Una delle caratteristiche standard del C è che le variabili vengono passate
-alle subroutine attraverso un meccanismo che viene chiamato \textit{by value}
-(diverso ad esempio da quanto avviene con il Fortran, dove le variabili sono
-passate, come suol dirsi, \textit{by reference}, o dal C++ dove la modalità
-del passaggio può essere controllata con l'operatore \cmd{\&}).
+alle funzioni che si invocano in un programma attraverso un meccanismo che
+viene chiamato \textit{by value}, diverso ad esempio da quanto avviene con il
+Fortran, dove le variabili sono passate, come suol dirsi, \textit{by
+ reference}, o dal C++ dove la modalità del passaggio può essere controllata
+con l'operatore \cmd{\&}.
Il passaggio di una variabile \textit{by value} significa che in realtà quello
-che viene passato alla subroutine è una copia del valore attuale di quella
-variabile, copia che la subroutine potrà modificare a piacere, senza che il
+che viene passato alla funzione è una copia del valore attuale di quella
+variabile, copia che la funzione potrà modificare a piacere, senza che il
valore originale nella funzione chiamante venga toccato. In questo modo non
-occorre preoccuparsi di eventuali effetti delle operazioni della subroutine
-sulla variabile passata come argomento.
+occorre preoccuparsi di eventuali effetti delle operazioni svolte nella
+funzione stessa sulla variabile passata come argomento.
Questo però va inteso nella maniera corretta. Il passaggio \textit{by value}
-vale per qualunque variabile, puntatori compresi; quando però in una
-subroutine si usano dei puntatori (ad esempio per scrivere in un buffer) in
-realtà si va a modificare la zona di memoria a cui essi puntano, per cui anche
-se i puntatori sono copie, i dati a cui essi puntano sono sempre gli stessi, e
+vale per qualunque variabile, puntatori compresi; quando però in una funzione
+si usano dei puntatori (ad esempio per scrivere in un buffer) in realtà si va
+a modificare la zona di memoria a cui essi puntano, per cui anche se i
+puntatori sono copie, i dati a cui essi puntano saranno sempre gli stessi, e
le eventuali modifiche avranno effetto e saranno visibili anche nella funzione
chiamante.
-Nella maggior parte delle funzioni di libreria e delle system call i puntatori
-vengono usati per scambiare dati (attraverso buffer o strutture) e le
-variabili semplici vengono usate per specificare argomenti; in genere le
-informazioni a riguardo dei risultati vengono passate alla funzione chiamante
-attraverso il valore di ritorno. È buona norma seguire questa pratica anche
-nella programmazione normale.
+Nella maggior parte delle funzioni di libreria e delle \textit{system call} i
+puntatori vengono usati per scambiare dati (attraverso i buffer o le strutture
+a cui fanno riferimento) e le variabili normali vengono usate per specificare
+argomenti; in genere le informazioni a riguardo dei risultati vengono passate
+alla funzione chiamante attraverso il valore di ritorno. È buona norma
+seguire questa pratica anche nella programmazione normale.
+
+\itindbeg{value~result~argument}
Talvolta però è necessario che la funzione possa restituire indietro alla
-funzione chiamante un valore relativo ad uno dei suoi argomenti. Per far
-questo si usa il cosiddetto \itindex{value~result~argument} \textit{value
- result argument}, si passa cioè, invece di una normale variabile, un
-puntatore alla stessa; vedremo alcuni esempi di questa modalità nelle funzioni
-che gestiscono i socket (in sez.~\ref{sec:TCP_functions}), in cui, per
-permettere al kernel di restituire informazioni sulle dimensioni delle
-strutture degli indirizzi utilizzate, viene usato questo meccanismo.
+funzione chiamante un valore relativo ad uno dei suoi argomenti usato anche in
+ingresso. Per far questo si usa il cosiddetto \textit{value result argument},
+si passa cioè, invece di una normale variabile, un puntatore alla stessa. Gli
+esempi di questa modalità di passaggio sono moltissimi, ad esempio essa viene
+usata nelle funzioni che gestiscono i socket (in
+sez.~\ref{sec:TCP_functions}), in cui, per permettere al kernel di restituire
+informazioni sulle dimensioni delle strutture degli indirizzi utilizzate,
+viene usato proprio questo meccanismo.
+
+Occorre tenere ben presente questa differenza, perché le variabili passate in
+maniera ordinaria, che vengono inserite nello \textit{stack}, cessano di
+esistere al ritorno di una funzione, ed ogni loro eventuale modifica
+all'interno della stessa sparisce con la conclusione della stessa, per poter
+passare delle informazioni occorre quindi usare un puntatore che faccia
+riferimento ad un indirizzo accessibile alla funzione chiamante.
+
+\itindend{value~result~argument}
+
+Questo requisito di accessibilità è fondamentale, infatti dei possibili
+problemi che si possono avere con il passaggio dei dati è quello di restituire
+alla funzione chiamante dei dati che sono contenuti in una variabile
+automatica. Ovviamente quando la funzione ritorna la sezione dello
+\textit{stack} che conteneva la variabile automatica (si ricordi quanto detto
+in sez.~\ref{sec:proc_mem_alloc}) verrà liberata automaticamente e potrà
+essere riutilizzata all'invocazione di un'altra funzione, con le immaginabili
+conseguenze, quasi invariabilmente catastrofiche, di sovrapposizione e
+sovrascrittura dei dati.
+
+Per questo una delle regole fondamentali della programmazione in C è che
+all'uscita di una funzione non deve restare nessun riferimento alle sue
+variabili locali. Qualora sia necessario utilizzare delle variabili che devono
+essere viste anche dalla funzione chiamante queste devono essere allocate
+esplicitamente, o in maniera statica usando variabili globali o dichiarate
+come \direct{extern},\footnote{la direttiva \direct{extern} informa il
+ compilatore che la variabile che si è dichiarata in una funzione non è da
+ considerarsi locale, ma globale, e per questo allocata staticamente e
+ visibile da tutte le funzioni dello stesso programma.} o dinamicamente con
+una delle funzioni della famiglia \func{malloc}, passando opportunamente il
+relativo puntatore fra le funzioni.
\subsection{Il passaggio di un numero variabile di argomenti}
\label{sec:proc_variadic}
+\index{funzioni!\textit{variadic}|(}
+
Come vedremo nei capitoli successivi, non sempre è possibile specificare un
numero fisso di argomenti per una funzione. Lo standard ISO C prevede nella
-sua sintassi la possibilità di definire delle \index{variadic}
-\textit{variadic function} che abbiano un numero variabile di argomenti,
-attraverso l'uso nella dichiarazione della funzione dello speciale costrutto
-``\texttt{\textellipsis}'', che viene chiamato \textit{ellipsis}.
+sua sintassi la possibilità di definire delle \textit{variadic function} che
+abbiano un numero variabile di argomenti, attraverso l'uso nella dichiarazione
+della funzione dello speciale costrutto ``\texttt{...}'', che viene chiamato
+\textit{ellipsis}.
Lo standard però non provvede a livello di linguaggio alcun meccanismo con cui
dette funzioni possono accedere ai loro argomenti. L'accesso viene pertanto
-realizzato a livello delle librerie standard del C che provvedono gli
-strumenti adeguati. L'uso di una \textit{variadic function} prevede quindi
-tre punti:
+realizzato a livello della libreria standard del C che fornisce gli strumenti
+adeguati. L'uso di una \textit{variadic function} prevede quindi tre punti:
\begin{itemize*}
-\item \textsl{Dichiarare} la funzione come \textit{variadic} usando un
- prototipo che contenga una \textit{ellipsis}.
-\item \textsl{Definire} la funzione come \textit{variadic} usando la stessa
+\item \textsl{dichiarare} la funzione come \textit{variadic} usando un
+ prototipo che contenga una \textit{ellipsis};
+\item \textsl{definire} la funzione come \textit{variadic} usando la stessa
\textit{ellipsis}, ed utilizzare le apposite macro che consentono la
- gestione di un numero variabile di argomenti.
-\item \textsl{Invocare} la funzione specificando prima gli argomenti fissi, ed
+ gestione di un numero variabile di argomenti;
+\item \textsl{invocare} la funzione specificando prima gli argomenti fissi, ed
a seguire quelli addizionali.
\end{itemize*}
-Lo standard ISO C prevede che una \index{variadic} \textit{variadic function}
-abbia sempre almeno un argomento fisso; prima di effettuare la dichiarazione
-deve essere incluso l'apposito header file \file{stdarg.h}; un esempio di
+Lo standard ISO C prevede che una \textit{variadic function} abbia sempre
+almeno un argomento fisso. Prima di effettuare la dichiarazione deve essere
+incluso l'apposito \textit{header file} \headfile{stdarg.h}; un esempio di
dichiarazione è il prototipo della funzione \func{execl} che vedremo in
sez.~\ref{sec:proc_exec}:
\includecodesnip{listati/exec_sample.c}
in questo caso la funzione prende due argomenti fissi ed un numero variabile
-di altri argomenti (che verranno a costituire gli elementi successivi al primo
-del vettore \param{argv} passato al nuovo processo). Lo standard ISO C
-richiede inoltre che l'ultimo degli argomenti fissi sia di tipo
+di altri argomenti, che andranno a costituire gli elementi successivi al primo
+del vettore \param{argv} passato al nuovo processo. Lo standard ISO C richiede
+inoltre che l'ultimo degli argomenti fissi sia di tipo
\textit{self-promoting}\footnote{il linguaggio C prevede che quando si
mescolano vari tipi di dati, alcuni di essi possano essere \textsl{promossi}
per compatibilità; ad esempio i tipi \ctyp{float} vengono convertiti
\ctyp{int}. Un tipo \textit{self-promoting} è un tipo che verrebbe promosso
a sé stesso.} il che esclude vettori, puntatori a funzioni e interi di tipo
\ctyp{char} o \ctyp{short} (con segno o meno). Una restrizione ulteriore di
-alcuni compilatori è di non dichiarare l'ultimo argomento fisso come
-\direct{register}.
+alcuni compilatori è di non dichiarare l'ultimo argomento fisso come variabile
+di tipo \direct{register}.\footnote{la direttiva \direct{register} del
+ compilatore chiede che la variabile dichiarata tale sia mantenuta, nei
+ limiti del possibile, all'interno di un registro del processore; questa
+ direttiva è originaria dell'epoca dai primi compilatori, quando stava al
+ programmatore scrivere codice ottimizzato, riservando esplicitamente alle
+ variabili più usate l'uso dei registri del processore, oggi questa direttiva
+ è in disuso pressoché completo dato che tutti i compilatori sono normalmente
+ in grado di valutare con maggior efficacia degli stessi programmatori quando
+ sia il caso di eseguire questa ottimizzazione.}
Una volta dichiarata la funzione il secondo passo è accedere ai vari argomenti
quando la si va a definire. Gli argomenti fissi infatti hanno un loro nome, ma
-quelli variabili vengono indicati in maniera generica dalla \textit{ellipsis}.
+quelli variabili vengono indicati in maniera generica dalla
+\textit{ellipsis}. L'unica modalità in cui essi possono essere recuperati è
+pertanto quella sequenziale, in cui vengono estratti dallo \textit{stack}
+secondo l'ordine in cui sono stati scritti nel prototipo della funzione.
+
+\macrobeg{va\_start}
+
+Per fare questo in \headfile{stdarg.h} sono definite delle macro specifiche,
+previste dallo standard ISO C89, che consentono di eseguire questa operazione.
+La prima di queste macro è \macro{va\_start}, che inizializza opportunamente
+una lista degli argomenti, la sua definizione è:
+
+{\centering
+\begin{funcbox}{
+\fhead{stdarg.h}
+\fdecl{void va\_start(va\_list ap, last)}
+\fdesc{Inizializza una lista degli argomenti di una funzione
+ \textit{variadic}.}
+}
+\end{funcbox}}
+
+La macro inizializza il puntatore alla lista di argomenti \param{ap} che deve
+essere una apposita variabile di tipo \type{va\_list}; il
+parametro \param{last} deve indicare il nome dell'ultimo degli argomenti fissi
+dichiarati nel prototipo della funzione \textit{variadic}.
-L'unica modalità in cui essi possono essere recuperati è pertanto quella
-sequenziale; essi verranno estratti dallo \itindex{stack} \textit{stack}
-secondo l'ordine in cui sono stati scritti. Per fare questo in \file{stdarg.h}
-sono definite delle apposite macro; la procedura da seguire è la seguente:
+\macrobeg{va\_arg}
+
+La seconda macro di gestione delle liste di argomenti di una funzione
+\textit{variadic} è \macro{va\_arg}, che restituisce in successione un
+argomento della lista; la sua definizione è:
+
+{\centering
+\begin{funcbox}{
+\fhead{stdarg.h}
+\fdecl{type va\_arg(va\_list ap, type)}
+\fdesc{Restituisce il valore del successivo argomento opzionale.}
+}
+\end{funcbox}}
+
+La macro restituisce il valore di un argomento, modificando opportunamente la
+lista \param{ap} perché una chiamata successiva restituisca l'argomento
+seguente. La macro richiede che si specifichi il tipo dell'argomento che si
+andrà ad estrarre attraverso il parametro \param{type} che sarà anche il tipo
+del valore da essa restituito. Si ricordi che il tipo deve essere
+\textit{self-promoting}.
+
+In generale è perfettamente legittimo richiedere meno argomenti di quelli che
+potrebbero essere stati effettivamente forniti, per cui nella esecuzione delle
+\macro{va\_arg} ci si può fermare in qualunque momento ed i restanti argomenti
+saranno ignorati. Se invece si richiedono più argomenti di quelli
+effettivamente forniti si otterranno dei valori indefiniti. Si avranno
+risultati indefiniti anche quando si chiama \macro{va\_arg} specificando un
+tipo che non corrisponde a quello usato per il corrispondente argomento.
+
+\macrobeg{va\_end}
+
+Infine una volta completata l'estrazione occorre indicare che si sono concluse
+le operazioni con la macro \macrod{va\_end}, la cui definizione è:
+
+{\centering
+\begin{funcbox}{
+\fhead{stdarg.h}
+\fdecl{void va\_end(va\_list ap)}
+\fdesc{Conclude l'estrazione degli argomenti di una funzione
+ \textit{variadic}.}
+}
+\end{funcbox}}
+
+Dopo l'uso di \macro{va\_end} la variabile \param{ap} diventa indefinita e
+successive chiamate a \macro{va\_arg} non funzioneranno. Nel caso del
+\cmd{gcc} l'uso di \macro{va\_end} può risultare inutile, ma è comunque
+necessario usarla per chiarezza del codice, per compatibilità con diverse
+implementazioni e per eventuali modifiche future a questo comportamento.
+
+Riassumendo la procedura da seguire per effettuare l'estrazione degli
+argomenti di una funzione \textit{variadic} è la seguente:
\begin{enumerate*}
-\item Inizializzare un puntatore alla lista degli argomenti di tipo
- \macro{va\_list} attraverso la macro \macro{va\_start}.
-\item Accedere ai vari argomenti opzionali con chiamate successive alla macro
- \macro{va\_arg}, la prima chiamata restituirà il primo argomento, la seconda
- il secondo e così via.
-\item Dichiarare la conclusione dell'estrazione degli argomenti invocando la
+\item inizializzare una lista degli argomenti attraverso la macro
+ \macro{va\_start};
+\item accedere agli argomenti con chiamate successive alla macro
+ \macro{va\_arg}: la prima chiamata restituirà il primo argomento, la seconda
+ il secondo e così via;
+\item dichiarare la conclusione dell'estrazione degli argomenti invocando la
macro \macro{va\_end}.
\end{enumerate*}
-In generale è perfettamente legittimo richiedere meno argomenti di quelli che
-potrebbero essere stati effettivamente forniti, e nella esecuzione delle
-\macro{va\_arg} ci si può fermare in qualunque momento ed i restanti argomenti
-saranno ignorati; se invece si richiedono più argomenti di quelli forniti si
-otterranno dei valori indefiniti. Nel caso del \cmd{gcc} l'uso di
-\macro{va\_end} è inutile, ma si consiglia di usarla ugualmente per
-compatibilità. Le definizioni delle macro citate sono le seguenti:
-\begin{functions}
- \headdecl{stdarg.h}
-
- \funcdecl{void va\_start(va\_list ap, last)} Inizializza il puntatore alla
- lista di argomenti \param{ap}; il parametro \param{last} \emph{deve} essere
- l'ultimo degli argomenti fissi.
-
- \funcdecl{type va\_arg(va\_list ap, type)} Restituisce il valore del
- successivo argomento opzionale, modificando opportunamente \param{ap}; la
- macro richiede che si specifichi il tipo dell'argomento attraverso il
- parametro \param{type} che deve essere il nome del tipo dell'argomento in
- questione. Il tipo deve essere \textit{self-promoting}.
-
- \funcdecl{void va\_end(va\_list ap)} Conclude l'uso di \param{ap}.
-\end{functions}
-
-In generale si possono avere più puntatori alla lista degli argomenti,
-ciascuno andrà inizializzato con \macro{va\_start} e letto con \macro{va\_arg}
-e ciascuno potrà scandire la lista degli argomenti per conto suo. Dopo l'uso
-di \macro{va\_end} la variabile \param{ap} diventa indefinita e successive
-chiamate a \macro{va\_arg} non funzioneranno. Si avranno risultati indefiniti
-anche chiamando \macro{va\_arg} specificando un tipo che non corrisponde a
-quello dell'argomento.
-
-Un altro limite delle macro è che i passi 1) e 3) devono essere eseguiti nel
+Si tenga presente che si possono usare anche più liste degli argomenti,
+ciascuna di esse andrà inizializzata con \macro{va\_start} e letta con
+\macro{va\_arg}, e ciascuna potrà essere usata per scandire la lista degli
+argomenti in modo indipendente. Infine ciascuna scansione dovrà essere
+terminata con \macro{va\_end}.
+
+Un limite di queste macro è che i passi 1) e 3) devono essere eseguiti nel
corpo principale della funzione, il passo 2) invece può essere eseguito anche
-in una subroutine passandole il puntatore alla lista di argomenti; in questo
-caso però si richiede che al ritorno della funzione il puntatore non venga più
-usato (lo standard richiederebbe la chiamata esplicita di \macro{va\_end}),
-dato che il valore di \param{ap} risulterebbe indefinito.
+in un'altra funzione, passandole lista degli argomenti \param{ap}. In questo
+caso però al ritorno della funzione \macro{va\_arg} non può più essere usata
+(anche se non si era completata l'estrazione) dato che il valore di \param{ap}
+risulterebbe indefinito.
+
+\macroend{va\_start}
+\macroend{va\_arg}
+\macroend{va\_end}
Esistono dei casi in cui è necessario eseguire più volte la scansione degli
argomenti e poter memorizzare una posizione durante la stessa. In questo caso
-sembrerebbe naturale copiarsi il puntatore alla lista degli argomenti con una
-semplice assegnazione. Dato che una delle realizzazioni più comuni di
-\macro{va\_list} è quella di un puntatore nello \itindex{stack} \textit{stack}
-all'indirizzo dove sono stati salvati gli argomenti, è assolutamente normale
-pensare di poter effettuare questa operazione.
-
-In generale però possono esistere anche realizzazioni diverse, per questo
-motivo \macro{va\_list} è definito come \index{tipo!opaco} \textsl{tipo opaco}
-e non può essere assegnato direttamente ad un'altra variabile dello stesso
-tipo. Per risolvere questo problema lo standard ISO C99\footnote{alcuni
- sistemi che non hanno questa macro provvedono al suo posto
- \macro{\_\_va\_copy} che era il nome proposto in una bozza dello standard.}
-ha previsto una macro ulteriore che permette di eseguire la copia di un
-puntatore alla lista degli argomenti:
-\begin{prototype}{stdarg.h}{void va\_copy(va\_list dest, va\_list src)}
- Copia l'attuale valore \param{src} del puntatore alla lista degli argomenti
- su \param{dest}.
-\end{prototype}
-\noindent anche in questo caso è buona norma chiudere ogni esecuzione di una
-\macro{va\_copy} con una corrispondente \macro{va\_end} sul nuovo puntatore
-alla lista degli argomenti.
+sembrerebbe naturale copiarsi la lista degli argomenti \param{ap} con una
+semplice assegnazione ad un'altra variabile dello stesso tipo. Dato che una
+delle realizzazioni più comuni di \type{va\_list} è quella di un puntatore
+nello \textit{stack} all'indirizzo dove sono stati salvati gli argomenti, è
+assolutamente normale pensare di poter effettuare questa operazione.
+
+\index{tipo!opaco|(}
+
+In generale però possono esistere anche realizzazioni diverse, ed è per questo
+motivo che invece che un semplice puntatore, \typed{va\_list} è quello che
+viene chiamato un \textsl{tipo opaco}. Si chiamano così quei tipi di dati, in
+genere usati da una libreria, la cui struttura interna non deve essere vista
+dal programma chiamante (da cui deriva il nome opaco) che li devono utilizzare
+solo attraverso dalle opportune funzioni di gestione.
+
+\index{tipo!opaco|)}
+
+Per questo motivo una variabile di tipo \typed{va\_list} non può essere
+assegnata direttamente ad un'altra variabile dello stesso tipo, ma lo standard
+ISO C99\footnote{alcuni sistemi che non hanno questa macro provvedono al suo
+ posto \macrod{\_\_va\_copy} che era il nome proposto in una bozza dello
+ standard.} ha previsto una macro ulteriore che permette di eseguire la
+copia di una lista degli argomenti:
+
+{\centering
+\begin{funcbox}{
+\fhead{stdarg.h}
+\fdecl{void va\_copy(va\_list dest, va\_list src)}
+\fdesc{Copia la lista degli argomenti di una funzione \textit{variadic}.}
+}
+\end{funcbox}}
+
+La macro copia l'attuale della lista degli argomenti \param{src} su una nuova
+lista \param{dest}. Anche in questo caso è buona norma chiudere ogni
+esecuzione di una \macrod{va\_copy} con una corrispondente \macro{va\_end} sul
+nuovo puntatore alla lista degli argomenti.
La chiamata di una funzione con un numero variabile di argomenti, posto che la
si sia dichiarata e definita come tale, non prevede nulla di particolare;
dei medesimi occorrerà tenerne conto (ad esempio un \ctyp{char} verrà visto da
\macro{va\_arg} come \ctyp{int}).
-Uno dei problemi che si devono affrontare con le funzioni con un numero
+Un altro dei problemi che si devono affrontare con le funzioni con un numero
variabile di argomenti è che non esiste un modo generico che permetta di
-stabilire quanti sono gli argomenti passati effettivamente in una chiamata.
+stabilire quanti sono gli argomenti effettivamente passati in una chiamata.
Esistono varie modalità per affrontare questo problema; una delle più
immediate è quella di specificare il numero degli argomenti opzionali come uno
degli argomenti fissi. Una variazione di questo metodo è l'uso di un argomento
-per specificare anche il tipo degli argomenti (come fa la stringa di formato
-per \func{printf}).
-
-Una modalità diversa, che può essere applicata solo quando il tipo degli
-argomenti lo rende possibile, è quella che prevede di usare un valore speciale
-come ultimo argomento (come fa ad esempio \func{execl} che usa un puntatore
-\val{NULL} per indicare la fine della lista degli argomenti).
+fisso per specificare anche il tipo degli argomenti variabili, come fa la
+stringa di formato per \func{printf} (vedi sez.~\ref{sec:file_formatted_io}).
+Infine una ulteriore modalità diversa, che può essere applicata solo quando il
+tipo degli argomenti lo rende possibile, è quella che prevede di usare un
+valore speciale per l'ultimo argomento, come fa ad esempio \func{execl} che
+usa un puntatore \val{NULL} per indicare la fine della lista degli argomenti
+(vedi sez.~\ref{sec:proc_exec}).
-\subsection{Potenziali problemi con le variabili automatiche}
-\label{sec:proc_auto_var}
-
-Uno dei possibili problemi che si possono avere con le subroutine è quello di
-restituire alla funzione chiamante dei dati che sono contenuti in una
-variabile automatica. Ovviamente quando la subroutine ritorna la sezione
-dello \itindex{stack} \textit{stack} che conteneva la variabile automatica
-potrà essere riutilizzata da una nuova funzione, con le immaginabili
-conseguenze di sovrapposizione e sovrascrittura dei dati.
-
-Per questo una delle regole fondamentali della programmazione in C è che
-all'uscita di una funzione non deve restare nessun riferimento alle variabili
-locali; qualora sia necessario utilizzare variabili che possano essere viste
-anche dalla funzione chiamante queste devono essere allocate esplicitamente, o
-in maniera statica (usando variabili di tipo \ctyp{static} o \ctyp{extern}), o
-dinamicamente con una delle funzioni della famiglia \func{malloc}.
-
+\index{funzioni!\textit{variadic}|)}
\subsection{Il controllo di flusso non locale}
\label{sec:proc_longjmp}
Il controllo del flusso di un programma in genere viene effettuato con le
varie istruzioni del linguaggio C; fra queste la più bistrattata è il
-\code{goto}, che viene deprecato in favore dei costrutti della programmazione
-strutturata, che rendono il codice più leggibile e mantenibile. Esiste però un
-caso in cui l'uso di questa istruzione porta all'implementazione più
-efficiente e più chiara anche dal punto di vista della struttura del
-programma: quello dell'uscita in caso di errore.
+\instruction{goto}, che viene deprecato in favore dei costrutti della
+programmazione strutturata, che rendono il codice più leggibile e
+mantenibile. Esiste però un caso in cui l'uso di questa istruzione porta
+all'implementazione più efficiente e più chiara anche dal punto di vista della
+struttura del programma: quello dell'uscita in caso di errore.
\index{salto~non-locale|(}
un'altra funzione, per cui se l'errore avviene in una funzione, e la sua
gestione ordinaria è in un'altra, occorre usare quello che viene chiamato un
\textsl{salto non-locale}. Il caso classico in cui si ha questa necessità,
-citato sia in \cite{APUE} che in \cite{glibc}, è quello di un programma nel
+citato sia in \cite{APUE} che in \cite{GlibcMan}, è quello di un programma nel
cui corpo principale vengono letti dei dati in ingresso sui quali viene
eseguita, tramite una serie di funzioni di analisi, una scansione dei
contenuti, da cui si ottengono le indicazioni per l'esecuzione di opportune
all'indietro di tutti gli errori rilevabili dalle funzioni usate nelle fasi
successive. Questo comporterebbe una notevole complessità, mentre sarebbe
molto più comodo poter tornare direttamente al ciclo di lettura principale,
-scartando l'input come errato.\footnote{a meno che, come precisa \cite{glibc},
- alla chiusura di ciascuna fase non siano associate operazioni di pulizia
- specifiche (come deallocazioni, chiusure di file, ecc.), che non potrebbero
- essere eseguite con un salto non-locale.}
+scartando l'input come errato.\footnote{a meno che, come precisa
+ \cite{GlibcMan}, alla chiusura di ciascuna fase non siano associate
+ operazioni di pulizia specifiche (come deallocazioni, chiusure di file,
+ ecc.), che non potrebbero essere eseguite con un salto non-locale.}
Tutto ciò può essere realizzato proprio con un salto non-locale; questo di
-norma viene realizzato salvando il contesto dello \itindex{stack}
-\textit{stack} nel punto in cui si vuole tornare in caso di errore, e
-ripristinandolo, in modo da tornare nella funzione da cui si era partiti,
-quando serve. La funzione che permette di salvare il contesto dello
-\itindex{stack} \textit{stack} è \funcd{setjmp}, il cui prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{setjmp.h}
- \funcdecl{int setjmp(jmp\_buf env)}
-
- Salva il contesto dello stack.
-
- \bodydesc{La funzione ritorna zero quando è chiamata direttamente e un
- valore diverso da zero quando ritorna da una chiamata di \func{longjmp}
- che usa il contesto salvato in precedenza.}
-\end{functions}
+norma viene realizzato salvando il contesto dello \textit{stack} nel punto in
+cui si vuole tornare in caso di errore, e ripristinandolo, in modo da tornare
+quando serve nella funzione da cui si era partiti. La funzione che permette
+di salvare il contesto dello \textit{stack} è \funcd{setjmp}, il cui prototipo
+è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{setjmp.h}
+\fdecl{int setjmp(jmp\_buf env)}
+\fdesc{Salva il contesto dello \textit{stack}.}
+}
+{La funzione ritorna $0$ quando è chiamata direttamente ed un valore diverso
+ da zero quando ritorna da una chiamata di \func{longjmp} che usa il contesto
+ salvato in precedenza.}
+\end{funcproto}
-Quando si esegue la funzione il contesto corrente dello \itindex{stack}
-\textit{stack} viene salvato nell'argomento \param{env}, una variabile di tipo
-\type{jmp\_buf}\footnote{questo è un classico esempio di variabile di
- \index{tipo!opaco} \textsl{tipo opaco}. Si definiscono così strutture ed
- altri oggetti usati da una libreria, la cui struttura interna non deve
- essere vista dal programma chiamante (da cui il nome) che li devono
- utilizzare solo attraverso dalle opportune funzioni di gestione.} che deve
-essere stata definita in precedenza. In genere le variabili di tipo
-\type{jmp\_buf} vengono definite come variabili globali in modo da poter
-essere viste in tutte le funzioni del programma.
+Quando si esegue la funzione il contesto corrente dello \textit{stack} viene
+salvato nell'argomento \param{env}, una variabile di tipo
+\typed{jmp\_buf}\footnote{anche questo è un classico esempio di variabile di
+ \textsl{tipo opaco}.} che deve essere stata definita in precedenza. In
+genere le variabili di tipo \type{jmp\_buf} vengono definite come variabili
+globali in modo da poter essere viste in tutte le funzioni del programma.
Quando viene eseguita direttamente la funzione ritorna sempre zero, un valore
diverso da zero viene restituito solo quando il ritorno è dovuto ad una
chiamata di \func{longjmp} in un'altra parte del programma che ripristina lo
-\itindex{stack} \textit{stack} effettuando il salto non-locale. Si tenga conto
-che il contesto salvato in \param{env} viene invalidato se la funzione che ha
-chiamato \func{setjmp} ritorna, nel qual caso un successivo uso di
-\func{longjmp} può comportare conseguenze imprevedibili (e di norma fatali)
-per il processo.
-
-Come accennato per effettuare un salto non-locale ad
-un punto precedentemente stabilito con \func{setjmp} si usa la funzione
-\funcd{longjmp}; il suo prototipo è:
-\begin{functions}
- \headdecl{setjmp.h}
- \funcdecl{void longjmp(jmp\_buf env, int val)}
-
- Ripristina il contesto dello stack.
+\textit{stack} effettuando il salto non-locale. Si tenga conto che il contesto
+salvato in \param{env} viene invalidato se la funzione che ha chiamato
+\func{setjmp} ritorna, nel qual caso un successivo uso di \func{longjmp} può
+comportare conseguenze imprevedibili (e di norma fatali) per il processo.
- \bodydesc{La funzione non ritorna.}
-\end{functions}
-
-La funzione ripristina il contesto dello \itindex{stack} \textit{stack}
-salvato da una chiamata a \func{setjmp} nell'argomento \param{env}. Dopo
-l'esecuzione della funzione il programma prosegue nel codice successivo al
-ritorno della \func{setjmp} con cui si era salvato \param{env}, che restituirà
-il valore
-\param{val} invece di zero. Il valore di \param{val} specificato nella
-chiamata deve essere diverso da zero, se si è specificato 0 sarà comunque
-restituito 1 al suo posto.
-
-In sostanza un \func{longjmp} è analogo ad un \code{return}, solo che invece
-di ritornare alla riga successiva della funzione chiamante, il programma
-ritorna alla posizione della relativa \func{setjmp}, l'altra differenza è che
-il ritorno può essere effettuato anche attraverso diversi livelli di funzioni
-annidate.
+Come accennato per effettuare un salto non-locale ad un punto precedentemente
+stabilito con \func{setjmp} si usa la funzione \funcd{longjmp}; il suo
+prototipo è:
+
+\begin{funcproto}{
+\fhead{setjmp.h}
+\fdecl{void longjmp(jmp\_buf env, int val)}
+\fdesc{Ripristina il contesto dello stack.}
+}
+{La funzione non ritorna.}
+\end{funcproto}
+
+La funzione ripristina il contesto dello \textit{stack} salvato da una
+chiamata a \func{setjmp} nell'argomento \param{env}. Dopo l'esecuzione della
+funzione il programma prosegue nel codice successivo alla chiamata della
+\func{setjmp} con cui si era salvato \param{env}, che restituirà il valore
+dell'argomento \param{val} invece di zero. Il valore
+dell'argomento \param{val} deve essere sempre diverso da zero, se si è
+specificato 0 sarà comunque restituito 1 al suo posto.
+
+In sostanza l'esecuzione di \func{longjmp} è analoga a quella di una
+istruzione \instr{return}, solo che invece di ritornare alla riga
+successiva della funzione chiamante, il programma in questo caso ritorna alla
+posizione della relativa \func{setjmp}. L'altra differenza fondamentale con
+\instr{return} è che il ritorno può essere effettuato anche attraverso
+diversi livelli di funzioni annidate.
L'implementazione di queste funzioni comporta alcune restrizioni dato che esse
-interagiscono direttamente con la gestione dello \itindex{stack}
-\textit{stack} ed il funzionamento del compilatore stesso. In particolare
-\func{setjmp} è implementata con una macro, pertanto non si può cercare di
-ottenerne l'indirizzo, ed inoltre delle chiamate a questa funzione sono sicure
-solo in uno dei seguenti casi:
+interagiscono direttamente con la gestione dello \textit{stack} ed il
+funzionamento del compilatore stesso. In particolare \func{setjmp} è
+implementata con una macro, pertanto non si può cercare di ottenerne
+l'indirizzo, ed inoltre le chiamate a questa funzione sono sicure solo in uno
+dei seguenti casi:
\begin{itemize*}
-\item come espressione di controllo in un comando condizionale, di selezione
- o di iterazione (come \code{if}, \code{switch} o \code{while});
+\item come espressione di controllo in un comando condizionale, di selezione o
+ di iterazione (come \instruction{if}, \instruction{switch} o
+ \instruction{while});
\item come operando per un operatore di uguaglianza o confronto in una
espressione di controllo di un comando condizionale, di selezione o di
iterazione;
\item come espressione a sé stante.
\end{itemize*}
-In generale, dato che l'unica differenza fra la chiamata diretta e quella
-ottenuta nell'uscita con un \func{longjmp} è costituita dal valore di ritorno
-di \func{setjmp}, quest'ultima usualmente viene chiamata all'interno di un
-comando \code{if}.
+In generale, dato che l'unica differenza fra il risultato di una chiamata
+diretta di \func{setjmp} e quello ottenuto nell'uscita con un \func{longjmp} è
+costituita dal valore di ritorno della funzione, quest'ultima viene usualmente
+chiamata all'interno di un una istruzione \instr{if} che permetta di
+distinguere i due casi.
Uno dei punti critici dei salti non-locali è quello del valore delle
variabili, ed in particolare quello delle variabili automatiche della funzione
a cui si ritorna. In generale le variabili globali e statiche mantengono i
valori che avevano al momento della chiamata di \func{longjmp}, ma quelli
-delle variabili automatiche (o di quelle dichiarate
-\direct{register}\footnote{la direttiva \direct{register} del compilatore
- chiede che la variabile dichiarata tale sia mantenuta, nei limiti del
- possibile, all'interno di un registro del processore. Questa direttiva è
- originaria dell'epoca dai primi compilatori, quando stava al programmatore
- scrivere codice ottimizzato, riservando esplicitamente alle variabili più
- usate l'uso dei registri del processore. Oggi questa direttiva è in disuso
- dato che tutti i compilatori sono normalmente in grado di valutare con
- maggior efficacia degli stessi programmatori quando sia il caso di eseguire
- questa ottimizzazione.}) sono in genere indeterminati.
+delle variabili automatiche (o di quelle dichiarate \dirct{register}) sono in
+genere indeterminati.
Quello che succede infatti è che i valori delle variabili che sono tenute in
memoria manterranno il valore avuto al momento della chiamata di
\func{longjmp}, mentre quelli tenuti nei registri del processore (che nella
chiamata ad un'altra funzione vengono salvati nel contesto nello
-\itindex{stack} \textit{stack}) torneranno al valore avuto al momento della
-chiamata di \func{setjmp}; per questo quando si vuole avere un comportamento
-coerente si può bloccare l'ottimizzazione che porta le variabili nei registri
+\textit{stack}) torneranno al valore avuto al momento della chiamata di
+\func{setjmp}; per questo quando si vuole avere un comportamento coerente si
+può bloccare l'ottimizzazione che porta le variabili nei registri
dichiarandole tutte come \direct{volatile}.\footnote{la direttiva
\direct{volatile} informa il compilatore che la variabile che è dichiarata
può essere modificata, durante l'esecuzione del nostro, da altri programmi.
\index{salto~non-locale|)}
-\subsection{La \textit{endianess}}
-\label{sec:sock_endianess}
+% TODO trattare qui le restartable sequences (vedi
+% https://lwn.net/Articles/664645/ e https://lwn.net/Articles/650333/) se e
+% quando saranno introdotte
-\itindbeg{endianess}
+\subsection{La \textit{endianness}}
+\label{sec:endianness}
-Uno dei problemi di programmazione che può dar luogo ad effetti imprevisti è
-quello relativo alla cosiddetta \textit{endianess}. Questa è una
-caratteristica generale dell'architettura hardware di un computer che dipende
-dal fatto che la rappresentazione di un numero binario può essere fatta in due
-modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e \textit{little endian} a
-seconda di come i singoli bit vengono aggregati per formare le variabili
-intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come sono poi in realtà
-cablati sui bus interni del computer).
+\itindbeg{endianness}
-\begin{figure}[htb]
- \centering
- \includegraphics[height=3cm]{img/endianess}
+Un altro dei problemi di programmazione che può dar luogo ad effetti
+imprevisti è quello relativo alla cosiddetta \textit{endianness}. Questa è
+una caratteristica generale dell'architettura hardware di un computer che
+dipende dal fatto che la rappresentazione di un numero binario può essere
+fatta in due modi, chiamati rispettivamente \textit{big endian} e
+\textit{little endian}, a seconda di come i singoli bit vengono aggregati per
+formare le variabili intere (ed in genere in diretta corrispondenza a come
+sono poi in realtà cablati sui bus interni del computer).
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering \includegraphics[height=3cm]{img/endianness}
\caption{Schema della disposizione dei dati in memoria a seconda della
- \textit{endianess}.}
- \label{fig:sock_endianess}
+ \textit{endianness}.}
+ \label{fig:sock_endianness}
\end{figure}
Per capire meglio il problema si consideri un intero a 32 bit scritto in una
locazione di memoria posta ad un certo indirizzo. Come illustrato in
-fig.~\ref{fig:sock_endianess} i singoli bit possono essere disposti in memoria
+fig.~\ref{fig:sock_endianness} i singoli bit possono essere disposti in memoria
in due modi: a partire dal più significativo o a partire dal meno
significativo. Così nel primo caso si troverà il byte che contiene i bit più
significativi all'indirizzo menzionato e il byte con i bit meno significativi
parte dal bit meno significativo è detto per lo stesso motivo \textit{little
endian}.
-Si può allora verificare quale tipo di \textit{endianess} usa il proprio
+Si può allora verificare quale tipo di \textit{endianness} usa il proprio
computer con un programma elementare che si limita ad assegnare un valore ad
una variabile per poi ristamparne il contenuto leggendolo un byte alla volta.
Il codice di detto programma, \file{endtest.c}, è nei sorgenti allegati,
allora se lo eseguiamo su un normale PC compatibile, che è \textit{little
endian} otterremo qualcosa del tipo:
-\begin{verbatim}
-[piccardi@gont sources]$ ./endtest
+\begin{Console}
+[piccardi@gont sources]$ \textbf{./endtest}
Using value ABCDEF01
val[0]= 1
val[1]=EF
val[2]=CD
val[3]=AB
-\end{verbatim}%$
+\end{Console}
+%$
mentre su un vecchio Macintosh con PowerPC, che è \textit{big endian} avremo
qualcosa del tipo:
-\begin{verbatim}
-piccardi@anarres:~/gapil/sources$ ./endtest
+\begin{Console}
+piccardi@anarres:~/gapil/sources$ \textbf{./endtest}
Using value ABCDEF01
val[0]=AB
val[1]=CD
val[2]=EF
val[3]= 1
-\end{verbatim}%$
+\end{Console}
+%$
-L'attenzione alla \textit{endianess} nella programmazione è importante, perché
+L'attenzione alla \textit{endianness} nella programmazione è importante, perché
se si fanno assunzioni relative alla propria architettura non è detto che
queste restino valide su un'altra architettura. Inoltre, come vedremo ad
esempio in sez.~\ref{sec:sock_addr_func}, si possono avere problemi quando ci
si trova a usare valori di un formato con una infrastruttura che ne usa
un altro.
-La \textit{endianess} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
+La \textit{endianness} di un computer dipende essenzialmente dalla architettura
hardware usata; Intel e Digital usano il \textit{little endian}, Motorola,
IBM, Sun (sostanzialmente tutti gli altri) usano il \textit{big endian}. Il
formato dei dati contenuti nelle intestazioni dei protocolli di rete (il
-cosiddetto \textit{network order} è anch'esso \textit{big endian}; altri
+cosiddetto \textit{network order}) è anch'esso \textit{big endian}; altri
esempi di uso di questi due diversi formati sono quello del bus PCI, che è
\textit{little endian}, o quello del bus VME che è \textit{big endian}.
cambiarlo, si veda sez.~\ref{sec:process_prctl}.} anche quando il processore
permetterebbe di eseguire questi cambiamenti.
-\begin{figure}[htb]
+\begin{figure}[!htbp]
\footnotesize \centering
- \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \begin{minipage}[c]{\codesamplewidth}
\includecodesample{listati/endian.c}
\end{minipage}
\normalsize
- \caption{La funzione \func{endian}, usata per controllare il tipo di
+ \caption{La funzione \samplefunc{endian}, usata per controllare il tipo di
architettura della macchina.}
\label{fig:sock_endian_code}
\end{figure}
Per questo prima (\texttt{\small 10}) si definisce il puntatore \var{ptr} per
accedere al contenuto della prima variabile, ed infine calcola (\texttt{\small
11}) il valore della seconda assumendo che il primo byte sia quello meno
-significativo (cioè, per quanto visto in fig.~\ref{fig:sock_endianess}, che sia
+significativo (cioè, per quanto visto in fig.~\ref{fig:sock_endianness}, che sia
\textit{little endian}). Infine la funzione restituisce (\texttt{\small 12})
il valore del confronto delle due variabili.
-\itindend{endianess}
+In generale non ci si deve preoccupare della \textit{endianness} all'interno
+di un programma fintanto che questo non deve generare o manipolare dei dati
+che sono scambiati con altre macchine, ad esempio via rete o tramite dei file
+binari. Nel primo caso la scelta è già stata fatta nella standardizzazione dei
+protocolli, che hanno adottato il \textit{big endian} (che viene detto anche
+per questo \textit{network order}); vedremo in sez.~\ref{sec:sock_func_ord} le
+funzioni di conversione che devono essere usate.
+
+Nel secondo caso occorre sapere quale \textit{endianness} è stata usata nei
+dati memorizzati sul file e tenerne conto nella rilettura e nella
+manipolazione e relativa modifica (e salvataggio). La gran parte dei formati
+binari standardizzati specificano quale \textit{endianness} viene utilizzata e
+basterà identificare qual'è, se se ne deve definire uno per i propri scopi
+basterà scegliere una volta per tutte quale usare e attenersi alla scelta.
+
+\itindend{endianness}
% LocalWords: like exec kernel thread main ld linux static linker char envp Gb
% LocalWords: capability MEMLOCK limits getpagesize RLIMIT munlock sys const
% LocalWords: addr len EINVAL EPERM mlockall munlockall flags l'OR CURRENT IFS
% LocalWords: argc argv parsing questofile txt getopt optstring switch optarg
-% LocalWords: optind opterr optopt ForkTest POSIXLY CORRECT long options NdA
+% LocalWords: optind opterr optopt POSIXLY CORRECT long options NdA group
% LocalWords: option parameter list environ PATH HOME XPG tab LOGNAME LANG PWD
% LocalWords: TERM PAGER TMPDIR getenv name SVr setenv unsetenv putenv opz gcc
% LocalWords: clearenv libc value overwrite string reference result argument
% LocalWords: exithandler handler violation inline SOURCE SVID XOPEN mincore
% LocalWords: length unsigned vec EFAULT EAGAIN dell'I memalign valloc posix
% LocalWords: boundary memptr alignment sizeof overrun mcheck abortfn enum big
-% LocalWords: mprobe DISABLED HEAD TAIL touch right emacs OSTYPE endianess IBM
+% LocalWords: mprobe DISABLED HEAD TAIL touch right emacs OSTYPE endianness IBM
% LocalWords: endian little endtest Macintosh PowerPC Intel Digital Motorola
-% LocalWords: Sun order VME
+% LocalWords: Sun order VME loader Windows DLL shared objects PRELOAD termios
+% LocalWords: is to LC SIG str mem wcs assert ctype dirent fcntl signal stdio
+% LocalWords: times library utmp syscall number Filesystem Hierarchy pathname
+% LocalWords: context assembler sysconf fork Dinamic huge segmentation program
+% LocalWords: break store using intptr ssize overflow ONFAULT faulting alloc
+% LocalWords: scheduler pvalloc aligned ISOC ABCDEF
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
projects / gapil.git / blobdiff