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% 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
\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 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.
+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.
Per la gestione da parte del kernel la memoria viene divisa in pagine di
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 \const{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}).
+anche utilizzare pagine di dimensioni maggiori (di 4Mb, dette
+\itindex{huge~page} \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 \const{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}).
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
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.
+\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
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
-mantenere fisse delle pagine in memoria (vedi sez.~\ref{sec:proc_mem_lock}).
+permettono di bloccare il meccanismo della paginazione e mantenere fisse delle
+pagine in memoria (vedi sez.~\ref{sec:proc_mem_lock}).
+\index{paginazione|)}
+\index{memoria~virtuale|)}
\subsection{La struttura della memoria di un processo}
\label{sec:proc_mem_layout}
chiamata una \itindex{segment~violation} \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
-\itindex{page~fault} \textit{page fault} mandando un segnale \signal{SIGSEGV}
-al processo, che normalmente ne causa la terminazione immediata.
+\textit{page fault} mandando un segnale \signal{SIGSEGV} al processo, che
+normalmente ne causa la terminazione immediata.
-È pertanto importante capire come viene strutturata \index{memoria~virtuale}
-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 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:
\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 nel caso delle librerie anche da processi
- che eseguono altri programmi.
+ 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
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 dei \itindex{double~free} \textit{double~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 particolare:
+come quello dei \itindex{double~free} \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
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:
+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 \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.
+\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 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.
+ 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
\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
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 \itindex{capabilities}
-\textit{capability} \const{CAP\_IPC\_LOCK}, vedi
-sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) aveva la capacità di bloccare una pagina di
-memoria.
+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 di sistema per bloccare e sbloccare la \index{paginazione}
-paginazione di singole sezioni di memoria sono rispettivamente \funcd{mlock} e
-\funcd{munlock}; i loro prototipi sono:
+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:
\begin{funcproto}{
\fhead{sys/mman.h}
\const{MCL\_FUTURE} ci si può limitare a tutte le pagine allocate a partire
dalla chiamata della funzione.
-In ogni caso un processo real-time che deve entrare in una
+In ogni caso un processo \textit{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.
+\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 \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 \index{variabili!automatiche}
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}.
+ 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
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
& \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
% 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}
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{Command}
-[piccardi@gont sources]$ ./endtest
-\end{Command}
-%$
-\begin{Terminal}
+\begin{Console}
+[piccardi@gont sources]$ \textbf{./endtest}
Using value ABCDEF01
val[0]= 1
val[1]=EF
val[2]=CD
val[3]=AB
-\end{Terminal}
+\end{Console}
+%$
mentre su un vecchio Macintosh con PowerPC, che è \textit{big endian} avremo
qualcosa del tipo:
-\begin{Command}
-piccardi@anarres:~/gapil/sources$ ./endtest
-\end{Command}
-%$
-\begin{Terminal}
+\begin{Console}
+piccardi@anarres:~/gapil/sources$ \textbf{./endtest}
Using value ABCDEF01
val[0]=AB
val[1]=CD
val[2]=EF
val[3]= 1
-\end{Terminal}
+\end{Console}
+%$
L'attenzione alla \textit{endianness} nella programmazione è importante, perché
se si fanno assunzioni relative alla propria architettura non è detto che
% 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
% 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
projects / gapil.git / blobdiff