\chapter{L'interfaccia base con i processi}
\label{cha:process_interface}
-Come accennato nell'introduzione il processo è l'unità di base con cui un
-sistema unix-like alloca ed utilizza le risorse. Questo capitolo tratterà
-l'interfaccia base fra il sistema e i processi, come vengono passati i
-parametri, come viene gestita e allocata la memoria, come un processo può
+Come accennato nell'introduzione il \textsl{processo} è l'unità di base con
+cui un sistema unix-like alloca ed utilizza le risorse. Questo capitolo
+tratterà l'interfaccia base fra il sistema e i processi, come vengono passati
+i parametri, come viene gestita e allocata la memoria, come un processo può
richiedere servizi al sistema e cosa deve fare quando ha finito la sua
esecuzione. Nella sezione finale accenneremo ad alcune problematiche generiche
di programmazione.
In genere un programma viene eseguito quando un processo lo fa partire
-eseguendo una funzione della famiglia \func{exec}; torneremo su questo e
-sulla creazione e gestione dei processi nel prossimo capitolo. In questo
+eseguendo una funzione della famiglia \func{exec}; torneremo su questo e sulla
+creazione e gestione dei processi nel prossimo capitolo. In questo
affronteremo l'avvio e il funzionamento di un singolo processo partendo dal
-punto di vista del programma che viene messo in esecuzione.
+punto di vista del programma che viene messo in esecuzione.
\section{Esecuzione e conclusione di un programma}
Uno dei concetti base di Unix è che un processo esegue sempre uno ed un solo
programma: si possono avere più processi che eseguono lo stesso programma ma
-ciascun processo vedrà la sua copia del codice (in realtà il kernel fa si che
+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 sulla gestione dei \textit{thread} in Linux
- torneremo più avanti}.
+tutti gli altri.\footnote{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.}
\subsection{La funzione \func{main}}
\label{sec:proc_main}
-Quando un programma viene lanciato il kernel esegue una opportuna routine di
+Quando un programma viene lanciato il kernel esegue un'opportuna routine di
avvio, usando il programma \cmd{ld-linux.so}. Questo programma prima carica
le librerie condivise che servono al programma, poi effettua il link dinamico
del codice e alla fine lo esegue. Infatti, a meno di non aver specificato il
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 iniziale l'esecuzione; in ogni caso senza questa funzione lo stesso
+si suppone iniziare l'esecuzione; in ogni caso senza questa funzione lo stesso
linker 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:
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
- int main (int argc, char *argv[])
+ int main (int argc, char *argv[])
\end{lstlisting}
-In realtà nei sistemi unix esiste un'altro modo per definire la funzione
+In realtà nei sistemi Unix esiste un'altro modo per definire la funzione
\func{main}, che prevede la presenza di un terzo parametro, \var{char
*envp[]}, che fornisce l'\textsl{ambiente} (vedi \secref{sec:proc_environ})
del programma; questa forma però non è prevista dallo standard POSIX.1 per cui
\subsection{Come chiudere un programma}
\label{sec:proc_conclusion}
-Normalmente un programma finisce è quando la funzione \func{main} ritorna, una
-modalità equivalente di concludere il programma è quella di chiamare
+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
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 padre che aveva lanciato il
-programma (in genere la shell). In generale si usa questo valore per fornire
+\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.
uscita indefinito, è pertanto consigliabile di concludere sempre in maniera
esplicita detta funzione.
-Una altra convenzione riserva i valori da 128 a 256 per usi speciali: ad
+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.
In \file{stdlib.h} sono definite, seguendo lo standard POSIX, le due macro
\macro{EXIT\_SUCCESS} e \macro{EXIT\_FAILURE}, da usare sempre per specificare
lo stato di uscita di un processo. In Linux esse sono poste rispettivamente ai
-valori di tipo \type{int} 0 e 1.
+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 una uscita ``normale'' da un
+Come accennato le funzioni usate per effettuare un'uscita ``normale'' da un
programma sono due, la prima è la funzione \func{exit} che è definita dallo
-standard ANSI C; ed il cui prototipo è:
+standard ANSI C ed il cui prototipo è:
\begin{prototype}{stdlib.h}{void exit(int status)}
Causa la conclusione ordinaria del programma restituendo il valore
\var{status} al processo padre.
La funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo (si tenga
presente che questo non comporta il salvataggio dei dati bufferizzati degli
-stream), fa si che ogni figlio del processo sia ereditato da \cmd{init} (vedi
+stream), fa sì che ogni figlio del processo sia ereditato da \cmd{init} (vedi
\secref{cha:process_handling}), manda un segnale \macro{SIGCHLD} al processo
padre (vedi \secref{sec:sig_job_control}) ed infine ritorna lo stato di uscita
specificato in \param{status} che può essere raccolto usando la funzione
\subsection{Le funzioni \func{atexit} e \func{on\_exit}}
\label{sec:proc_atexit}
-Una esigenza comune che si incontra nella programmazione è quella di dover
+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 dei settaggi, eliminare dei file temporanei, ecc.) prima della
-conclusione di un programma. In genere queste operazioni vengono fatte in una
-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.
+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.
È invece molto meno soggetto ad errori, e completamente trasparente
all'utente, avere la possibilità di effettuare automaticamente la chiamata ad
programma.
\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
- fallimento, \var{errno} non viene settata.}
+ fallimento, \var{errno} non viene modificata.}
\end{prototype}
\noindent la funzione richiede come argomento l'indirizzo della opportuna
funzione di pulizia da chiamare all'uscita, che non deve prendere argomenti e
-non deve ritornare niente (deve essere essere cioè definita come \func{void
+non deve ritornare niente (deve essere essere cioè definita come \code{void
function(void)}).
-Una estensione di \func{atexit} è la funzione \func{on\_exit}, che le
+Un'estensione di \func{atexit} è la funzione \func{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}
rispetto a quello di registrazione.
\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
- fallimento, \var{errno} non viene settata.}
+ fallimento, \var{errno} non viene modificata.}
\end{prototype}
In questo caso la funzione da chiamare prende due parametri, il primo dei
\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
+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
\secref{sec:proc_exec}).
\func{exit} o il ritorno di \func{main}.
Uno schema riassuntivo che illustra le modalità con cui si avvia e conclude
-normalmente un programma è riportato in \nfig.
+normalmente un programma è riportato in \figref{fig:proc_prog_start_stop}.
\begin{figure}[htb]
\centering
Si ricordi infine che un programma può anche essere interrotto dall'esterno
attraverso l'uso di un segnale (modalità di conclusione non mostrata in
-\curfig); torneremo su questo aspetto in \capref{cha:signals}.
+\figref{fig:proc_prog_start_stop}); torneremo su questo aspetto in
+\capref{cha:signals}.
Ci sono vari modi in cui i vari sistemi 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 \textsl{memoria virtuale}m 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}.
+la cosiddetta \textsl{memoria virtuale}\index{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.}
Come accennato in \capref{cha:intro_unix} questo spazio di indirizzi è
virtuale e non corrisponde all'effettiva posizione dei dati nella RAM del
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 hanno detta funzione nel loro codice.
+virtuale di tutti i processi che hanno detta funzione nel loro codice.
La corrispondenza fra le pagine della memoria virtuale e quelle della memoria
fisica della macchina viene gestita in maniera trasparente dall'hardware di
gestione della memoria (la \textit{Memory Management Unit} del processore).
-Poiché in genere quest'ultima è solo una piccola frazione della memoria
+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 \textit{paging}, ed è uno dei compiti
-principali del kernel.
+servono. Questo meccanismo è detto \textsl{paginazione}\index{paginazione} (o
+\textit{paging}), ed è uno dei compiti principali del kernel.
Quando un processo cerca di accedere ad una pagina che non è nella memoria
-reale, avviene quello che viene chiamato un \textit{page fault}; l'hardware di
-gestione della memoria genera una 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}\index{page fault};
+l'hardware di 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
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 del paging e mantenere fisse delle pagine
-in memoria (vedi \ref{sec:proc_mem_lock}).
+permettono di bloccare il meccanismo della paginazione e mantenere fisse delle
+pagine in memoria (vedi \ref{sec:proc_mem_lock}).
\subsection{La struttura della memoria di un processo}
tentativo di accedere ad un indirizzo non allocato è un tipico errore che si
commette quando si è manipolato male un puntatore e genera quello che viene
chiamato un \textit{segmentation fault}. Se si tenta cioè di leggere o
-scrivere da un indirizzo per il quale non esiste una associazione della pagina
-virtuale il kernel risponde al relativo \textit{page fault}, mandando un
-segnale \macro{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la terminazione
-immediata.
+scrivere da un indirizzo per il quale non esiste un'associazione della pagina
+virtuale, il kernel risponde al relativo \textit{page fault}\index{page fault}
+mandando un segnale \macro{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la
+terminazione immediata.
-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:
+È pertanto importante capire come viene strutturata \textsl{la memoria
+ virtuale}\index{page fault} 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:
\begin{enumerate}
\item Il segmento di testo o \textit{text segment}. Contiene il codice del
\item Il 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 \type{static}). Di norma è diviso in due parti.
+ 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
specificati.
La seconda parte è il segmento dei dati non inizializzati, che contiene le
- variabili il cui valore è stato non è assegnato esplicitamente. Ad esempio
- se si definisce:
+ variabili il cui valore non è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio se
+ si definisce:
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
int vect[100];
\end{lstlisting}
- questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. Anch'esso viene
- allocato all'avvio, e tutte le variabili vengono inizializzate a
- zero (ed i puntatori a \macro{NULL}).
-
+ 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 \macro{NULL}).\footnote{si ricordi che questo vale solo per le
+ variabili che vanno nel segmento dati, e non è affatto vero in generale.}
+
Storicamente questo segmento viene chiamato BBS (da \textit{block started by
symbol}). La sua dimensione è fissa.
del chiamante (tipo il contenuto di alcuni registri della CPU). Poi la
funzione chiamata alloca qui lo spazio per le sue variabili locali: in
questo modo le funzioni possono essere chiamate ricorsivamente. Al ritorno
- della funzione lo spazio è automaticamente rilasciato.
+ della funzione lo spazio è automaticamente rilasciato e ``ripulito''. La
+ pulizia in C e C++ viene fatta dal chiamante.\footnote{a meno che non sia
+ stato specificato l'utilizzo di una calling convention diversa da quella
+ standard.}
La dimensione di questo segmento aumenta seguendo la crescita dello stack
del programma, ma non viene ridotta quando quest'ultimo si restringe.
\begin{figure}[htb]
\centering
\includegraphics[width=5cm]{img/memory_layout}
- \caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo}
+ \caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo.}
\label{fig:proc_mem_layout}
\end{figure}
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ \var{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\funcdecl{void *malloc(size\_t size)}
Alloca \var{size} byte nello heap. La memoria non viene inizializzata.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ \var{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\funcdecl{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
Cambia la dimensione del blocco allocato all'indirizzo \var{ptr}
portandola a \var{size}.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ \var{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\funcdecl{void free(void *ptr)}
Disalloca lo spazio di memoria puntato da \var{ptr}.
32 bit in genere è allineato a multipli di 4 byte e sulle macchine a 64 bit a
multipli di 8 byte.
-In genere su usano le funzioni \func{malloc} e \func{calloc} per allocare
+In genere si usano le funzioni \func{malloc} e \func{calloc} per allocare
dinamicamente la memoria necessaria al programma, 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 la
-allocazione.
+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}
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 \macro{NULL} allora la funzione si
-comporta come \func{malloc}\footnote{questo è vero per Linux e
+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
+ 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.
Si deve sempre avere ben presente il fatto che il blocco di memoria restituito
-da \func{realloc} può non essere una estensione di quello che gli si è passato
+da \func{realloc} può non essere un'estensione di quello che gli si è passato
in ingresso; per questo si dovrà \emph{sempre} eseguire la riassegnazione di
\var{ptr} al valore di ritorno della funzione, e reinizializzare o provvedere
ad un adeguato aggiornamento di tutti gli altri puntatori all'interno del
che, quando il parametro è un puntatore nullo, \func{free} non esegue nessuna
operazione.
-Le \acr{glibc} hanno una implementazione delle routine di allocazione che è
+Le \acr{glibc} hanno un'implementazione delle routine di allocazione che è
controllabile dall'utente attraverso alcune variabili di ambiente, in
particolare diventa possibile tracciare questo tipo di errori usando la
variabile \macro{MALLOC\_CHECK\_} che quando viene definita mette in uso una
-versione meno efficiente delle funzioni, che però è più tollerante nei
-confronti di piccoli errori come quello di chiamate doppie a \func{free}; in
-particolare:
-\begin{itemize*}
+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 \secref{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*}
+\end{itemize}
Il problema più comune e più difficile da risolvere che si incontra con le
-routines di allocazione è quando non viene opportunamente liberata la memoria
+routine di allocazione è quando non viene opportunamente liberata la memoria
non più utilizzata, quello che in inglese viene chiamato \textit{memory-leak},
-(cioè \textsl{perdita di memoria}).
-
-Un caso tipico che illustra il problema è quello in cui l'allocazione di una
-variabile viene fatta da una subroutine per un uso locale, ma la memoria non
-viene liberata; la funzione esce e la memoria resta allocata. Chiamate
-ripetute alla stessa subroutine continueranno ad allocarne ancora, causando a
-lungo andare un esaurimento della memoria disponibile e l'impossibilità di
-proseguire il programma. Il problema è che l'esaurimento che può avvenire in
-qualunque momento, e senza nessuna relazione con la subroutine che contiene
-l'errore, per questo motivo è sempre complesso trovare un \textit{memory
- leak}.
-
-Per ovviare a questi problemi l'implementazione delle routine di allocazione
-delle \acr{glibc} mette a disposizione una serie di funzionalità (su cui
-torneremo in \secref{sec:xxx_advanced}) che permettono di tracciare le
-allocazioni e le disallocazione, e definisce anche una serie di possibili
-\textsl{ganci} che permettono di sostituire alle funzioni di libreria una
-propria versione (che può essere più o meno specializzata per il debugging).
+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).
+
+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
+che contiene l'errore. Per questo motivo è sempre molto difficile trovare un
+\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} è notevolmente
+ridimensionato attraverso l'uso accurato di appositi oggetti come gli
+\textit{smartpointers}. Questo però va a scapito delle performance
+dell'applicazione in esecuzione.
+
+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 il
+framework gestisce automaticamente la cosiddetta \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 performance dell'applicazione in esecuzione
+(inoltre le applicazioni sviluppate con tali linguaggi di solito non sono
+eseguibili compilati, come avviene invece per il C ed il C++, ed è necessaria
+la presenza di una infrastruttura per la loro interpretazione e pertanto hanno
+di per sé delle performance più scadenti rispetto alle stesse applicazioni
+compilate direttamente). Questo comporta però il problema della non
+predicibilità del momento in cui viene deallocata la memoria precedentemente
+allocata da un oggetto.
+
+Per limitare l'impatto di questi problemi, e semplificare la ricerca di
+eventuali errori, l'implementazione delle routine di allocazione delle
+\acr{glibc} mette a disposizione una serie di funzionalità che permettono di
+tracciare le allocazioni e le disallocazione, e definisce anche una serie di
+possibili \textit{hook} (\textsl{ganci}) che permettono di sostituire alle
+funzioni di libreria una propria versione (che può essere più o meno
+specializzata per il debugging). Esistono varie librerie che forniscono dei
+sostituti opportuni delle routine di allocazione in grado, senza neanche
+ricompilare il programma,\footnote{esempi sono \textit{Dmalloc}
+ \href{http://dmalloc.com/}{http://dmalloc.com/} di Gray Watson ed
+ \textit{Electric Fence} di Bruce Perens.} di eseguire diagnostiche anche
+molto complesse riguardo l'allocazione della memoria.
+
\subsection{La funzione \func{alloca}}
\label{sec:proc_mem_alloca}
-Una alternativa possibile all'uso di \func{malloc}, che non soffre dei di
-problemi di memory leak descritti in precedenza, è la funzione \func{alloca},
-che invece di allocare la memoria nello heap usa il segmento di stack della
-funzione corrente. La sintassi è identica a quella di \func{malloc}, il suo
-prototipo è:
+Una possibile alternativa all'uso di \func{malloc}, che non soffre dei
+problemi di \textit{memory leak} descritti in precedenza, è la funzione
+\func{alloca}, che invece di allocare la memoria nello heap usa il segmento di
+stack della funzione corrente. La sintassi è identica a quella di
+\func{malloc}, il suo prototipo è:
\begin{prototype}{stdlib.h}{void *alloca(size\_t size)}
Alloca \var{size} byte nel segmento di stack della funzione chiamante.
La memoria non viene inizializzata.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ \var{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\end{prototype}
\noindent ma in questo caso non è più necessario liberare la memoria (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 readice i problemi di memory leak, dato che non serve più la
+evitare alla radice i problemi di 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 \secref{sec:proc_longjmp}).
\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
-nella allocazione della memoria che nella esecuzione della allocazione.
+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
non può essere usata nella lista degli argomenti di una funzione, perché lo
spazio verrebbe allocato nel mezzo degli stessi.
-% Questo è riportato solo dal manuale delle glibc, nelle man page non c'è
+% Questo è riportato solo dal manuale delle glibc, nelle pagine di manuale non c'è
% traccia di tutto ciò
%
%Inoltre se si
\var{end\_data\_segment}.
La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
- fallimento, nel qual caso \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ fallimento, nel qual caso \var{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\funcdecl{void *sbrk(ptrdiff\_t increment)} Incrementa lo spazio dati di un
programma di \var{increment}. Un valore zero restituisce l'attuale posizione
La funzione restituisce il puntatore all'inizio della nuova zona di memoria
allocata in caso di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual
- caso \macro{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+ caso \macro{errno} assumerà il valore \macro{ENOMEM}.
\end{functions}
\noindent in genere si usa \func{sbrk} con un valore zero per ottenere
l'attuale posizione della fine del segmento dati.
% \label{sec:proc_mem_malloc_custom}
-\subsection{Il controllo della memoria virtuale}
+\subsection{Il controllo della memoria virtuale\index{memoria virtuale}}
\label{sec:proc_mem_lock}
-Come spiegato in \secref{sec:proc_mem_gen} il kernel gestisce la memoria 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.
+Come spiegato in \secref{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.
Nell'uso comune un processo non deve preoccuparsi di tutto ciò, in quanto il
-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:
+meccanismo della paginazione\index{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 se non è sensibile al tempo che occorre a
- riportare la pagina in memoria; per questo motivi processi critici che hanno
- esigenze di tempo reale o tolleranze critiche nella risposte (ad esempio
+ 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
quali pagine di memoria è opportuno che restino in memoria per un aumento
delle prestazioni. In genere queste sono esigenze particolari e richiedono
- anche un aumento delle priorità in esecuzione (vedi \secref{sec:xxx_xxx}).
+ anche un aumento delle priorità in esecuzione del processo (vedi
+ \secref{sec:proc_real_time}).
\item \textsl{La sicurezza}. Se si hanno password o chiavi segrete in chiaro
in memoria queste possono essere portate su disco dal meccanismo della
paginazione. Questo rende più lungo il periodo di tempo in cui detti segreti
- sono presenti in chiaro e più complessa la loro cancellazione (ad un
- processo è possibile 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.
+ 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}
Il meccanismo che previene la paginazione di parte della memoria virtuale di
comporta anche la fine dell'uso della sua memoria virtuale, e quindi anche di
tutti i suoi \textit{memory lock}.
-I \textit{memory lock} non sono ereditati dai processi figli\footnote{ma
- siccome Linux usa il copy on write 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 dei memory lock del padre}.
-Siccome la presenza di un \textit{memory lock} riduce la memoria disponibile
-al sistema, con un impatto su tutti gli altri processi, solo l'amministratore
-ha la capacità di bloccare una pagina. Ogni processo può però sbloccare le sue
-pagine.
+I \textit{memory lock} non sono ereditati dai processi figli.\footnote{ma
+ siccome Linux usa il \textit{copy on write}\index{copy on write} (vedi
+ \secref{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 memory lock del padre.} Siccome la
+presenza di un \textit{memory lock} riduce la memoria disponibile al sistema,
+con un impatto su tutti gli altri processi, solo l'amministratore ha la
+capacità di bloccare una pagina. Ogni processo può però sbloccare le pagine
+relative alla propria memoria.
Il sistema pone dei limiti all'ammontare di memoria di un processo che può
essere bloccata e al totale di memoria fisica che può dedicare a questo, lo
\bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano 0 in caso di successo e -1 in
- caso di errore, nel qual caso \var{errno} è settata ad uno dei
+ caso di errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei
valori seguenti:
\begin{errlist}
\item[\macro{ENOMEM}] alcuni indirizzi dell'intervallo specificato non
In ogni caso un processo real-time che deve entrare in una sezione critica
deve provvedere a riservare memoria sufficiente prima dell'ingresso, per
-scongiurare in partenza un eventuale page fault causato dal meccanismo di copy
-on write. In genere questo si fa chiamando una funzione che ha allocato una
-quantità sufficiente ampia di variabili automatiche, in modo che esse vengano
-mappate in RAM dallo stack, e poi ci scrive sopra.
+scongiurare in partenza un eventuale page fault\index{page fault} causato dal
+meccanismo di \textit{copy on write}\index{copy on write}. Infatti se nella
+sezione critica si va ad utilizzare memoria che non è ancora stata riportata
+in RAM si potrebbe avere un 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 stack, dopo di che, per essere sicuri
+che esse siano state effettivamente portate in memoria, ci si scrive sopra.
Oltre al passaggio dei parametri, un'altra modalità che permette di passare
delle informazioni che modifichino il comportamento di un programma è quello
dell'uso del cosiddetto \textit{environment} (cioè l'uso delle
-\textsl{varibili di ambiente}). In questa sezione esamineremo le funzioni che
-permettono di gestire parametri e opzioni, e quelle che consentono di
-manipolare ed utilizzare le varibili di ambiente.
+\textsl{variabili di ambiente}). In questa sezione esamineremo le funzioni che
+permettono di gestire parametri ed opzioni, e quelle che consentono di
+manipolare ed utilizzare le variabili di ambiente.
\subsection{Il formato dei parametri}
(il cosiddetto \textit{parsing}) per individuare le parole che la compongono,
ciascuna delle quali viene considerata un parametro. Di norma per individuare
le parole viene usato come carattere di separazione lo spazio o il tabulatore,
-ma il comportamento è modificabile attraverso il settaggio della variabile di
-ambiente \cmd{IFS}.
+ma il comportamento è modificabile attraverso l'impostazione della variabile
+di ambiente \cmd{IFS}.
\begin{figure}[htb]
\centering
in successione il puntatore alla stringa costituente l'$n$-simo parametro; la
variabile \var{argc} viene inizializzata al numero di parametri trovati, in
questo modo il primo parametro è sempre il nome del programma; un esempio di
-questo meccanismo è mostrato in \curfig.
+questo meccanismo è mostrato in \figref{fig:proc_argv_argc}.
\subsection{La gestione delle opzioni}
\label{sec:proc_opt_handling}
-In generale un programma unix riceve da linea di comando sia gli argomenti che
+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 \var{argv} che inizia con \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 \cmd{-}) e
-possono avere o no un parametro associato; un comando tipico può essere quello
-mostrato in \figref{fig:proc_argv_argc}. In quel caso le opzioni sono \cmd{-r}
-ed \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}).
+tali: un elemento di \var{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
+\figref{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
-\func{argv} le librerie standard del C forniscono la funzione \func{getopt}
+\var{argv} le librerie standard del C forniscono la funzione \func{getopt}
che ha il seguente prototipo:
\begin{prototype}{unistd.h}
-{int getopt(int argc, char * const argv[], const char * optstring)}
+{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 \var{optstring}.
Questa funzione prende come argomenti le due variabili \var{argc} e \var{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 una opzione
+stringa che comincia con \cmd{-} e ritorna ogni volta che trova un'opzione
valida.
La stringa \var{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 \var{':'}; nel caso di \figref{fig:proc_argv_argc} ad esempio la
-stringa di opzioni avrebbe dovuto contenere \var{"r:m"}.
+due punti \texttt{':'}; nel caso di \figref{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
dichiarata in \var{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
-\cmd{--} la scansione viene considerata conclusa, anche se vi sono altri
+\texttt{'--'} la scansione viene considerata conclusa, anche se vi sono altri
elementi di \var{argv} che cominciano con il carattere \texttt{'-'}.
\begin{figure}[htb]
Quando la funzione trova un'opzione essa ritorna il valore numerico del
carattere, in questo modo si possono eseguire azioni specifiche usando uno
-\func{switch}; \func{getopt} inoltre inizializza alcune variabili globali:
+\code{switch}; \func{getopt} inoltre inizializza alcune variabili globali:
\begin{itemize*}
-\item \var{char * optarg} contiene il puntatore alla stringa parametro
+\item \var{char *optarg} contiene il puntatore alla stringa parametro
dell'opzione.
\item \var{int optind} alla fine della scansione restituisce l'indice del
primo elemento di \var{argv} che non è un'opzione.
sulla creazione dei processi) deputata alla decodifica delle opzioni a riga di
comando.
-Anzitutto 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 una opportuna azione, 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 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 \var{argv[]} del primo degli argomenti a linea di
-comando restanti.
+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
+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 \var{argv[]} del primo degli argomenti rimanenti nella linea di comando.
Normalmente \func{getopt} compie una permutazione degli elementi di \var{argv}
-così che alla fine della scansione gli elementi che non sono opzioni sono
+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 \var{argv}; se \var{optstring} inizia con il carattere
-\texttt{'+'} (o è settata la variabile di ambiente \macro{POSIXLY\_CORRECT})
+\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. L'ultima modalità, usata quando un programma può gestire la
mescolanza fra opzioni e argomenti, ma se li aspetta in un ordine definito, si
\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
extern char ** environ;
\end{lstlisting}
-un esempio del contenuto dell'ambiente, in si è riportato un estratto delle
-variabili che normalmente sono definite dal sistema, è riportato in \nfig.
+un esempio della struttura di questa lista, contenente alcune delle variabili
+più comuni che normalmente sono definite dal sistema, è riportato in
+\figref{fig:proc_envirno_list}.
\begin{figure}[htb]
\centering
\includegraphics[width=11cm]{img/environ_var}
Per convenzione le stringhe che definiscono l'ambiente sono tutte del tipo
\textsl{\texttt{nome=valore}}. Inoltre alcune variabili, come quelle elencate
-in \curfig, 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.
+in \figref{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.
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
La shell ad esempio ne usa molte per il suo funzionamento (come \var{PATH} per
la ricerca dei comandi, o \cmd{IFS} per la scansione degli argomenti), e
-alcune di esse (come \var{HOME}, \var{USER}, etc.) sono definite al login. In
-genere è cura dell'amministratore definire le opportune variabili di ambiente
-in uno script di avvio. Alcune servono poi come riferimento generico per molti
-programmi (come \var{EDITOR} che indica l'editor preferito da invocare in caso
-di necessità).
+alcune di esse (come \var{HOME}, \var{USER}, etc.) sono definite al login (per
+i dettagli si veda \secref{sec:sess_login}). In genere è cura
+dell'amministratore definire le opportune variabili di ambiente in uno script
+di avvio. Alcune servono poi come riferimento generico per molti programmi
+(come \var{EDITOR} che indica l'editor preferito da invocare in caso di
+necessità).
Gli standard POSIX e XPG3 definiscono alcune di queste variabili (le più
-comuni), come riportato in \ntab. GNU/Linux le supporta tutte e ne definisce
-anche altre: per una lista più completa si può controllare \cmd{man environ}.
+comuni), come riportato in \tabref{tab:proc_env_var}. GNU/Linux le supporta
+tutte e ne definisce anche altre: per una lista più completa si può
+controllare \cmd{man environ}.
\begin{table}[htb]
\centering
+ \footnotesize
\begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|p{7cm}|}
\hline
\textbf{Variabile} & \textbf{POSIX} & \textbf{XPG3}
\hline
\hline
\macro{USER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Nome utente\\
- \macro{LOGNAME} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Nome utente\\
+ \macro{LOGNAME} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Nome di login\\
\macro{HOME} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ &
Directory base dell'utente\\
\macro{LANG} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Localizzazione\\
\macro{TERM} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Tipo di terminale\\
\macro{PAGER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Programma per vedere i
testi\\
- \macro{EDITOR} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Editor di default\\
- \macro{BROWSER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Browser di default\\
+ \macro{EDITOR} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Editor preferito\\
+ \macro{BROWSER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Browser preferito\\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Variabile di ambiente più comuni definite da vari standard}
+ \caption{Variabili di ambiente più comuni definite da vari standard.}
\label{tab:proc_env_var}
\end{table}
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 settare e per cancellare le variabili di ambiente. Uno schema
+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 \ntab.
+in \tabref{tab:proc_env_func}.
\begin{table}[htb]
\centering
+ \footnotesize
\begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|c|c|c|}
\hline
\textbf{Funzione} & \textbf{ANSI C} & \textbf{POSIX.1} & \textbf{XPG3} &
\label{tab:proc_env_func}
\end{table}
-In Linux solo le prime quattro funzioni di \curtab\ sono definite,
-\func{getenv} l'abbiamo già esaminata; delle tre restanti le prime due,
-\func{putenv} e \func{setenv}, servono per assegnare nuove variabili di
+In Linux solo le prime quattro funzioni di \tabref{tab:proc_env_func} sono
+definite, \func{getenv} l'abbiamo già esaminata; delle tre restanti le prime
+due, \func{putenv} e \func{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)}
- Setta la variabile di ambiente \param{name} al valore \param{value}.
+ Imposta la variabile di ambiente \param{name} al valore \param{value}.
\funcdecl{int putenv(char *string)} Aggiunge la stringa \param{string}
all'ambiente.
\end{functions}
\noindent questa funzione elimina ogni occorrenza della variabile specificata;
se essa non esiste non succede nulla. Non è prevista (dato che la funzione è
-\type{void}) nessuna segnalazione di errore.
+\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
La seconda funzione prende come parametro una stringa analoga quella
restituita da \func{getenv}, e sempre nella forma \var{NOME=valore}. Se la
variabile specificata non esiste la stringa sarà aggiunta all'ambiente, se
-invece esiste il suo valore sarà settato a quello specificato da
-\func{string}. Si tenga presente che, seguendo lo standard SUSv2, le
+invece esiste il suo valore sarà impostato a quello specificato da
+\param{string}. Si tenga presente che, seguendo lo standard SUSv2, le
\acr{glibc} successive alla versione 2.1.2 aggiungono\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 \type{const} dal prototipo.} \func{string} alla lista delle
+ l'attributo \ctyp{const} dal prototipo.} \param{string} alla lista delle
variabili di ambiente; 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
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
-\var{=}) allora questa viene cancellata dall'ambiente. Infine se la chiamata
-di \func{putenv} comporta la necessità di allocare una nuova versione del
-vettore \var{environ} questo sarà allocato, ma la versione corrente sarà
-deallocata solo se anch'essa è risultante da una allocazione fatta in
-precedenza da un'altra \func{putenv}, il vettore originale (in genere piazzato
-al di sopra dello stack, vedi \figref{fig:proc_mem_layout}), o la memoria
-associata alle variabili di ambiente eliminate non viene comunque liberata.
+carattere \texttt{'='}) allora questa viene cancellata dall'ambiente. Infine
+se la chiamata di \func{putenv} comporta la necessità di allocare una nuova
+versione del vettore \var{environ} questo sarà allocato, ma la versione
+corrente sarà deallocata solo se anch'essa è risultante da un'allocazione
+fatta in precedenza da un'altra \func{putenv}. Questo perché il vettore delle
+variabili di ambiente iniziale, creato dalla chiamata ad \func{exec} (vedi
+\secref{sec:proc_exec}) è piazzato al di sopra dello stack, (vedi
+\figref{fig:proc_mem_layout}) e non nello heap e non può essere deallocato.
+Inoltre la memoria associata alle variabili di ambiente eliminate non viene
+liberata.
\section{Problematiche di programmazione generica}
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 se stanti, le riportiamo qui.
+entità a sé stanti, le riportiamo qui.
\subsection{Il passaggio delle variabili e dei valori di ritorno}
attraverso il valore di ritorno. È buona norma seguire questa pratica anche
nella programmazione normale.
-
Talvolta però è necessario che la funzione possa restituire indietro alla
funzione chiamante un valore relativo ad uno dei suoi parametri. Per far
questo si usa il cosiddetto \textit{value result argument}, si passa cioè,
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 \type{float} vengono convertiti
- automaticamente a \type{double} ed i \type{char} e gli \type{short} ad
- \type{int}. Un tipo \textit{self-promoting} è un tipo che verrebbe promosso
- a se stesso.} il che esclude array, puntatori a funzioni e interi di tipo
-\type{char} o \type{short} (con segno o meno). Una ulteriore restrizione di
+ per compatibilità; ad esempio i tipi \ctyp{float} vengono convertiti
+ automaticamente a \ctyp{double} ed i \ctyp{char} e gli \ctyp{short} ad
+ \ctyp{int}. Un tipo \textit{self-promoting} è un tipo che verrebbe promosso
+ a sé stesso.} il che esclude array, 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 parametro fisso come
-\type{register}.
+\ctyp{register}.
Una volta dichiarata la funzione il secondo passo è accedere ai vari parametri
quando la si va a definire. I parametri fissi infatti hanno un loro nome, ma
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} poi l'uso della macro
+otterranno dei valori indefiniti. Nel caso del \cmd{gcc} l'uso della macro
\macro{va\_end} è inutile, ma si consiglia di usarlo ugualmente per
compatibilità.
normale pensare di poter effettuare questa operazione.
In generale però possono esistere anche realizzazioni diverse, per questo
-motivo \macro{va\_list} è definito come 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 ulteriore macro che permette di
-eseguire la copia di un puntatore alla lista degli argomenti:
+motivo \macro{va\_list} è definito come \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{desc}.
+ 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
che siano fissi sia che siano opzionali (alcuni sistemi trattano diversamente
gli opzionali), ma dato che il prototipo non può specificare il tipo degli
argomenti opzionali, questi verranno sempre promossi, pertanto nella ricezione
-dei medesimi ocoorrerà tenerne conto (ad esempio un \type{char} verrà visto da
-\macro{va\_arg} come \type{int}).
-
+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
variabile di argomenti è che non esiste un modo generico che permetta di
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 necessirio utilizzare variabili che possano essere viste
+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 \type{static} o \type{extern}), o
+in maniera statica (usando variabili di tipo \ctyp{static} o \ctyp{extern}), o
dinamicamente con una delle funzioni della famiglia \func{malloc}.
+
\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, la più bistrattata delle quali è il
-\func{goto}, ampiamente deprecato in favore di costrutti più puliti; esiste
-però un caso in l'uso di questa istruzione porta all'implementazione più
-efficiente, quello dell'uscita in caso di errore.
+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 chiara anche dal punto di vista della struttura del programma:
+quello dell'uscita in caso di errore.
Il C però non consente di effettuare un salto ad una label definita in
-un'altra funzione, per cui se l'errore avviene in funzioni profondamente
-annidate occorre usare quello che viene chiamato un salto \textsl{non-locale};
-questo viene fatto usando salvando il contesto dello stack nel punto in cui si
-vuole tornare in caso di errore, e ripristinandolo quando l'occorrenza capita.
-
-
-La funzione che permette di salvare il contesto dello stack è \func{setjmp},
-il cui prototipo è:
-
+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 da \cite{APUE} che da da \cite{glibc}, è quello di un programma nel
+cui corpo principale in cui viene letto un input del quale viene eseguita,
+attraverso una serie di funzioni di analisi, una scansione dei contenuti da cui
+ottenere le indicazioni per l'esecuzione di opportune operazioni.
+
+Dato che l'analisi può risultare molto complessa, ed opportunamente suddivisa
+in fasi diverse, la rilevazione di un errore nell'input può accadere
+all'interno di funzioni profondamente annidate l'una nell'altra. In questo
+caso si dovrebbe gestire, per ciascuna fase, tutta la casistica del passaggio
+all'indietro di tutti gli errori rilevabili dalle funzioni usate nelle fasi
+successive, 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.}
+
+Tutto ciò può essere realizzato salvando il contesto dello stack nel punto in
+cui si vuole tornare in caso di errore, e ripristinandolo quando l'occorrenza
+capita. La funzione che permette di salvare il contesto dello stack è
+\func{setjmp}, il cui prototipo è:
\begin{functions}
\headdecl{setjmp.h}
\funcdecl{void setjmp(jmp\_buf env)}
Salva il contesto dello stack in \param{env} per un successivo uso da parte
- di \func{longjmp}. Il contesto viene invalidato se la routine che ha
- chiamato \func{setjmp} ritorna.
-
+ di \func{longjmp}.
+
\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}
-
-Per poter effettuare un salto non locale si usa la funzione \func{longjmp}; il
-suo prototipo è:
+Quando si esegue la funzione il contesto viene salvato in appositi oggetti (di
+tipo \type{jmp\_buf}), passati come primo argomento alla funzione, in genere
+questi vengono definiti come variabili globali in modo da poter essere visti
+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. Si tenga conto che
+il contesto salvato in \param{env} viene invalidato se la routine che ha
+chiamato \func{setjmp} ritorna, nel qual caso l'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 \func{longjmp}; il suo
+prototipo è:
\begin{functions}
\headdecl{setjmp.h}
\funcdecl{void longjmp(jmp\_buf env, int val)}
- Ripristina il contesto dello stack salvato dall'ultima chiamata di
- \func{setjmp} con l'argomento \param{env}. Il programma prosegue dal ritorno
- di \func{setjmp} con un valore \param{val}. Il valore di \param{val} deve
- essere diverso da zero, se viene specificato 0 sarà usato 1 al suo posto.
-
+ Ripristina il contesto dello stack salvato nell'ultima chiamata di
+ \func{setjmp} con l'argomento \param{env}.
+
\bodydesc{La funzione non ritorna.}
\end{functions}
+Dopo l'esecuzione della funzione programma prosegue dal 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}, ed 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 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:
+\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 operando per un operatore di uguaglianza o confronto in una
+ espressione di controllo di un comando condizionale, di selezione o di
+ iterazione.
+\item come operando per l'operatore di negazione (\code{!}) 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 da un \func{longjmp}, è il valore di ritorno di \func{setjmp}, essa è
+usualmente chiamata all'interno di un comando \code{if}.
+
+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 \code{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 funzioni vengono salvati nel contesto nello 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
+\code{volatile}.
+
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff