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+
\chapter{L'interfaccia base con i processi}
\label{cha:process_interface}
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 \textit{thread} in Linux sarà
- trattata a parte.}
+ \textit{multi-thread}, ma la gestione dei \itindex{thread} \textit{thread}
+ in Linux sarà trattata a parte in cap.~\ref{cha:threads}.}
\subsection{La funzione \func{main}}
\label{sec:proc_main}
-Quando un programma viene lanciato il kernel esegue un'opportuna routine di
+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 \file{/etc/ld.so.conf}. I
-dettagli sono riportati nella man page di \cmd{ld.so}.
+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
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 routine di conclusione dei processi del kernel.
+controllo direttamente alla funzione di conclusione dei processi del kernel.
Oltre alla conclusione ``\textsl{normale}'' esiste anche la possibilità di una
conclusione ``\textsl{anomala}'' del programma a causa della ricezione di un
-segnale (si veda cap.~\ref{cha:signals}) o della chiamata alla funzione
-\func{abort}; torneremo su questo in sez.~\ref{sec:proc_termination}.
+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}.
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
\bodydesc{La funzione non ritorna. Il processo viene terminato.}
\end{prototype}
-La funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo (si tenga
+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 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}).
+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}}
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
+ \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
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
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e $-1$ in caso di
fallimento, \var{errno} non viene modificata.}
\end{prototype}
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=9cm]{img/proc_beginend}
+% \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}};
+
+ \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,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}};
+
+ \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 (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 (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[<->, 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}
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 \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
- anche per macchine a 32 bit.}
+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
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 ciasun
+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
+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}.}
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} \index{paginazione}
+servono. Questo meccanismo è detto \index{paginazione} \textsl{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
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 paginazione\index{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
+permettono di bloccare il meccanismo della \index{paginazione} 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
\subsection{La struttura della memoria di un processo}
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 quello che viene
-chiamato un \textit{segmentation fault}. 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 \textsl{la memoria
- virtuale} \index{memoria~virtuale} di un processo. Essa viene divisa in
+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:
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
+\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
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 \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}''. 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.}
-% TODO verificare le modalità di cambiamento della calling convention
+ 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 si 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
- \textit{stack} del programma, ma non viene ridotta quando quest'ultimo si
- restringe.
+ \itindex{stack} \textit{stack} del programma, ma non viene ridotta quando
+ quest'ultimo si restringe.
\end{enumerate}
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[height=11cm]{img/memory_layout}
+% \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}
\caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo.}
\label{fig:proc_mem_layout}
\end{figure}
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
+per queste variabili viene allocato nello \itindex{stack} \textit{stack} quando
viene eseguita la funzione e liberato quando si esce dalla medesima.
Esiste però un terzo tipo di allocazione, l'\textsl{allocazione dinamica}
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} heap).
+l'allocazione dinamica di memoria (in genere nello \itindex{heap}
+\textit{heap}).
Le variabili il cui contenuto è allocato in questo modo non potranno essere
-usate direttamente come le altre (quelle nello \itindex{stack} 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 \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.
-\subsection{Le funzioni \func{malloc}, \func{calloc}, \func{realloc} e
- \func{free}}
-\label{sec:proc_mem_malloc}
-
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 heap un'area di memoria per un vettore di \param{nmemb} membri
- di \param{size} byte di dimensione. La memoria viene inizializzata a 0.
+ 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 heap. La memoria non viene inizializzata.
+ 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
che, quando l'argomento è un puntatore nullo, \func{free} non esegue nessuna
operazione.
-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 di ambiente \val{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:
+Le \acr{glibc} hanno 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\_}
+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}
\end{itemize}
Il problema più comune e più difficile da risolvere che si incontra con le
-routine di allocazione è quando non viene opportunamente liberata la memoria
-non più utilizzata, quello che in inglese viene chiamato \textit{memory
- leak}\itindex{memory~leak}, cioè una \textsl{perdita di memoria}.
+funzioni di allocazione è quando non viene opportunamente liberata la memoria
+non più utilizzata, quello che in inglese viene chiamato \itindex{memory~leak}
+\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
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
+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}\itindex{memory~leak}.
+\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 \textit{memory
- leak}\itindex{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.
+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
% 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,
+% \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
% 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
+eventuali errori, l'implementazione delle funzioni di allocazione delle
\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
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
+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.
-
-
-\subsection{Le funzioni \func{alloca}, \func{brk} e \func{sbrk}}
-\label{sec:proc_mem_sbrk_alloca}
-
-Una possibile alternativa all'uso di \func{malloc}, che non soffre dei
-problemi di \textit{memory leak}\itindex{memory~leak} descritti in precedenza,
-è la funzione \funcd{alloca}, che invece di allocare la memoria nello
-\itindex{heap}\textit{heap} usa il segmento di \itindex{stack}\textit{stack}
-della funzione corrente. La sintassi è identica a quella di \func{malloc}, il
-suo prototipo è:
+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}.
+
+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
+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 stack.
+ Alloca \param{size} byte nello \textit{stack}.
- \bodydesc{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}.}
+ \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}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.
+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 \textit{memory leak}\itindex{memory~leak},
+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
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 pagine di manuale non c'è
-% traccia di tutto ciò
-%
-%Inoltre se si
-%cerca di allocare troppa memoria non si ottiene un messaggio di errore, ma un
-%segnale di \textit{segment violation} analogo a quello che si avrebbe da una
-%ricorsione infinita.
-
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
Questo è lo stesso problema che si può avere con le variabili automatiche, su
cui torneremo in sez.~\ref{sec:proc_auto_var}.
-
-Le due funzioni seguenti 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 routine di allocazione della memoria viste in
-sez.~\ref{sec:proc_mem_malloc}. La prima funzione è \funcd{brk}, ed il suo
-prototipo è:
+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
+sez.~\ref{sec:intro_gcc_glibc_std}) fra \macro{\_BSD\_SOURCE},
+\macro{\_SVID\_SOURCE} e \macro{\_XOPEN\_SOURCE} (ad un valore maggiore o
+ugiale 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
+ \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 diretta 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.
-
-La seconda funzione per la manipolazione delle dimensioni
+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
+\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
\funcd{sbrk}, ed il suo prototipo è:
standard descritte in precedenza, che sono costruite su di esse.
-% \subsection{La personalizzazione delle funzioni di allocazione}
-% \label{sec:proc_mem_malloc_custom}
-
-% TODO documentare \func{madvise}
-% TODO documentare \func{mincore}
-
\subsection{Il controllo della memoria virtuale}
\label{sec:proc_mem_lock}
\index{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.
Nell'uso comune un processo non deve preoccuparsi di tutto ciò, in quanto il
-meccanismo della paginazione\index{paginazione} riporta in RAM, ed in maniera
+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 paginazione\index{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 \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.
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
- paginazione\index{paginazione}. Questo rende più lungo il periodo di tempo
+ \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
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{lenght} 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}
+}
+\end{functions}
+
+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
+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};
+ fino al kernel 2.6.11 in questo caso veniva invece restituito
+ \errcode{EINVAL}, in considerazione che il caso più comune in cui si
+ verifica questo errore è quando si usa per sbaglio un valore negativo
+ di \param{length}, che nel caso verrebbe interpretato come un intero
+ positivo di grandi dimensioni.} ma il risultato verrà comunque fornito per
+l'intervallo compreso fino al multiplo successivo.
+
+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.
+
+Dato che lo stato della memoria di un processo può cambiare continuamente, il
+risultato di \func{mincore} è assolutamente provvisorio e lo stato delle
+pagine potrebbe essere già cambiato al ritorno stesso della funzione, a meno
+che, come vedremo ora, non si sia attivato il meccanismo che forza il
+mantenimento di una pagina sulla memoria.
+
\itindbeg{memory~locking}
-Il meccanismo che previene la paginazione\index{paginazione} di parte della
+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
-paginazione\index{paginazione}. I blocchi non si accumulano, se si blocca due
+\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.
+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
+ \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
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}
+privilegi opportuni (la \itindex{capabilities} \textit{capability}
\const{CAP\_IPC\_LOCK}, vedi sez.~\ref{sec:proc_capabilities}) aveva la
-capacità di bloccare una pagina.
+capacità di bloccare una pagina.
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
in byte.\footnote{con Linux questo non avviene e si deve ricorrere alla
funzione \func{getpagesize}, vedi sez.~\ref{sec:sys_memory_res}.}
-
-Con il kernel 2.6.9 anche un processo normale può bloccare la propria
+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
dare privilegi eccessivi a programmi di crittografia, che necessitano di
questa funzionalità, ma che devono essere usati da utenti normali.} ma
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 paginazione\index{paginazione} di
+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}
\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
+ \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:
\begin{errlist}
\end{functions}
Le due funzioni permettono rispettivamente di bloccare e sbloccare la
-paginazione\index{paginazione} per l'intervallo di memoria specificato dagli
+\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
della dimensione delle pagine di memoria.}
Altre due funzioni, \funcd{mlockall} e \funcd{munlockall}, consentono di
-bloccare genericamente la paginazione\index{paginazione} per l'intero spazio
+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}
\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}
+ \func{munlockall} senza la \itindex{capabilities} \textit{capability}
\const{CAP\_IPC\_LOCK} genera un errore di \errcode{EPERM}.}
\end{functions}
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} stack,
-lo \itindex{heap} 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.
+\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
-\textit{page fault}\itindex{page~fault} causato dal meccanismo di \textit{copy
- on write}\itindex{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.
+\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} stack, dopo di che, per
-essere sicuri che esse siano state effettivamente portate in memoria, ci si
-scrive sopra.
+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.
+
+\itindend{memory~locking}
\index{memoria~virtuale|)}
-\itindend{memory~locking}
+\subsection{Gestione avanzata dell'allocazione della memoria}
+\label{sec:proc_memory_adv_management}
+
+La trattazione delle funzioni di allocazione di sez.~\ref{sec:proc_mem_alloc}
+si è limitata a coprire le esigenze generiche di un programma, in cui non si
+hanno dei requisiti specifici e si lascia il controllo delle modalità di
+allocazione alle funzioni di libreria. Tuttavia esistono una serie di casi in
+cui può essere necessario avere un controllo più dettagliato delle modalità
+con cui la memoria viene allocata; nel qual caso potranno venire in aiuto le
+funzioni trattate in questa sezione.
+
+Le prime funzioni che tratteremo sono quelle che consentono di richiedere di
+allocare un blocco di memoria ``\textsl{allineato}'' ad un multiplo una certa
+dimensione. Questo tipo di esigenza emerge usualmente quando si devono
+allocare dei buffer da utilizzare per eseguire dell'I/O diretto su dispositivi
+a blocchi. In questo caso infatti il trasferimento di dati viene eseguito per
+blocchi di dimensione fissa, ed è richiesto che l'indirizzo di partenza del
+buffer sia un multiplo intero di questa dimensione, usualmente 512 byte. In
+tal caso l'uso di \func{malloc} non è sufficiente, ed occorre utilizzare una
+funzione specifica.
+
+Tradizionalmente per rispondere a questa esigenza sono state crate 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.
-\section{Argomenti, opzioni ed ambiente di un processo}
-\label{sec:proc_options}
+ \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{errlist}
+ \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}
-Tutti i programmi hanno la possibilità di ricevere argomenti e opzioni quando
-vengono lanciati. Il passaggio degli argomenti 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.
+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
+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{lic5} la dichiarano in \texttt{malloc.h}, lo stesso vale per
+ \func{memalign} che in alcuni sistemi è dichiarata in \texttt{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}
-Oltre al passaggio degli argomenti, 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{variabili di ambiente}). In questa sezione esamineremo le funzioni che
-permettono di gestire argomenti ed opzioni, e quelle che consentono di
-manipolare ed utilizzare le variabili di ambiente.
+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.}
+
+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 \var{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}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|p{7cm}|}
+ \hline
+ \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 correttta del buffer.\\
+ \macro{MCHECK\_FREE} & il buffer è già stato disallocato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Valori dello stato dell'allocazione di memoria ottenibili dalla
+ funzione di teminazione installata con \func{mcheck}.}
+ \label{tab:mcheck_status_value}
+\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
+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}
+
+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.
+
+% 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
+% a sostituire mallinfo, vedi http://udrepper.livejournal.com/20948.html
+
+
+\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
+la localizzazione di un programma modificandone il comportamento a seconda
+della lingua o del paese a cui si vuole faccia riferimento nelle sue
+operazioni.
\subsection{Il formato degli argomenti}
\label{sec:proc_par_format}
-In genere il passaggio degli argomenti al 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 viene considerata un argomento. Di norma per
-individuare le parole viene usato come carattere di separazione lo spazio o il
-tabulatore, ma il comportamento è modificabile attraverso l'impostazione della
-variabile di ambiente \cmd{IFS}.
+
+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.
\begin{figure}[htb]
\centering
\label{fig:proc_argv_argc}
\end{figure}
-Nella scansione viene costruito il vettore di puntatori \param{argv} inserendo
-in successione il puntatore alla stringa costituente l'$n$-simo argomento; la
-variabile \param{argc} viene inizializzata al numero di argomenti trovati, in
-questo modo il primo argomento è 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 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}.
\subsection{La gestione delle opzioni}
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
+ parametro all'opzione, \cmd{'?'} se l'opzione è sconosciuta, e $-1$ se non
esistono altre opzioni.}
\end{prototype}
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
+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{'?'}
mentre se un'opzione che lo richiede non è seguita da un parametro viene
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. 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 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 vettore \param{argv}.
-
-
-\subsection{Opzioni in formato esteso}
-\label{sec:proc_opt_extended}
+elemento che non è un'opzione.
-Un'estensione di questo schema è costituita dalle cosiddette
-\textit{long-options} espresse nella forma \cmd{-{}-option=parameter}, anche
-la gestione di queste ultime è stata standardizzata attraverso l'uso di una
-versione estesa di \func{getopt}.
-
-(NdA: questa parte verrà inserita in seguito).
+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
+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
+vettore \param{argv}.
\subsection{Le variabili di ambiente}
\label{sec:proc_environ}
-Oltre agli argomenti passati a linea di comando ogni processo riceve dal
-sistema un \textsl{ambiente}, nella forma di una lista di variabili (detta
-\textit{environment list}) messa a disposizione dal processo, e costruita
-nella chiamata alla funzione \func{exec} quando questo viene lanciato.
-
-Come per la lista degli argomenti anche questa lista è un vettore di puntatori
-a caratteri, ciascuno dei quali punta ad una stringa, terminata da un
+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
+alle variabili \param{argv} e \param{argc} anche un \textsl{ambiente} (in
+inglese \textit{environment}); questo viene espresso nella forma di una lista
+(chiamata \textit{environment list}) delle cosiddette \textsl{variabili di
+ ambiente}, i valori di queste variabili possono essere poi usati dal
+programma.
+
+Anche in questo caso la lista delle \textsl{variabili di ambiente} deve essere
+costruita ed utilizzata nella chiamata alla funzione \func{exec} (torneremo su
+questo in sez.~\ref{sec:proc_exec}) quando questo viene lanciato. Come per la
+lista degli argomenti anche questa lista è un vettore di puntatori a
+caratteri, ciascuno dei quali punta ad una stringa, terminata da un
\val{NULL}. A differenza di \code{argv[]} in questo caso non si ha una
lunghezza del vettore data da un equivalente di \param{argc}, ma la lista è
terminata da un puntatore nullo.
L'indirizzo della lista delle variabili di ambiente è passato attraverso la
-variabile globale \var{environ}, a cui si può accedere attraverso una semplice
+variabile globale \var{environ}, che viene definita automaticamente per
+cisascun processo, e a cui si può accedere attraverso una semplice
dichiarazione del tipo:
\includecodesnip{listati/env_ptr.c}
un esempio della struttura di questa lista, contenente alcune delle variabili
fig.~\ref{fig:proc_envirno_list}.
\begin{figure}[htb]
\centering
- \includegraphics[width=13cm]{img/environ_var}
+ \includegraphics[width=15 cm]{img/environ_var}
\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}}. Inoltre alcune variabili, come quelle elencate
-in fig.~\ref{fig:proc_envirno_list}, sono definite dal sistema per essere usate
+\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
+manualemente 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{la convenzione vuole che
- si usino dei nomi maiuscoli per le variabili di ambiente di uso generico, i
- nomi minuscoli sono in genere riservati alle variabili interne degli script
- di shell.}
+usare nomi espressi in caratteri maiuscoli.\footnote{ma si tratta solo di una
+ convenzione, niente vieta di usare caratteri minuscoli.}
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}
-per la ricerca dei comandi, o \texttt{IFS} per la scansione degli argomenti),
-e alcune di esse (come \texttt{HOME}, \texttt{USER}, ecc.) sono definite al
-login (per i dettagli si veda sez.~\ref{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 \texttt{EDITOR} che indica l'editor preferito da invocare in caso di
-necessità).
+La shell ad esempio ne usa molte per il suo funzionamento, come \texttt{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
+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
+dei vari paesi.
Gli standard POSIX e XPG3 definiscono alcune di queste variabili (le più
comuni), come riportato in tab.~\ref{tab:proc_env_var}. GNU/Linux le supporta
-tutte e ne definisce anche altre: per una lista più completa si può
-controllare \cmd{man 5 environ}.
+tutte e ne definisce anche altre, in particolare poi alcune funzioni di
+libreria prevedono la presenza di specifiche variabili di ambiente che ne
+modificano il comportamento, come quelle usate per indicare una localizzazione
+e quelle per indicare un fuso orario; una lista più completa che comprende
+queste ed ulteriori variabili si può ottenere con il comando \cmd{man 7
+ environ}.
\begin{table}[htb]
\centering
\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
+ \bodydesc{Entrambe le funzioni ritornano 0 in caso di successo e $-1$ per un
errore, che è sempre \errval{ENOMEM}.}
\end{functions}
-\noindent la terza, \funcd{unsetenv}, serve a cancellare una variabile di
-ambiente; il suo prototipo è:
+
+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 questa funzione elimina ogni occorrenza della variabile specificata;
-se essa non esiste non succede nulla. Non è prevista (dato che la funzione è
+
+\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
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}. 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 \direct{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
-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
-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
-sez.~\ref{sec:proc_exec}) è piazzato al di sopra dello \itindex{stack} stack,
-(vedi fig.~\ref{fig:proc_mem_layout}) e non nello \itindex{heap} heap e non
-può essere deallocato. Inoltre la memoria associata alle variabili di
-ambiente eliminate non viene liberata.
-
-L'ultima funzione è \funcd{clearenv}, che viene usata per cancellare
-completamente tutto l'ambiente; il suo prototipo è:
+\param{string}.
+
+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
+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}
alla cancellazione di tutto l'ambiente per costruirne una versione
``\textsl{sicura}'' da zero.
+\subsection{La localizzazione}
+\label{sec:proc_localization}
+
+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
+
+
+In realtà perché un programma sia effettivamente localizzato non è sufficiente
+
+% TODO trattare, quando ci sarà tempo, setlocale ed il resto
+
+
+%\subsection{Opzioni in formato esteso}
+%\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
+%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}''.
+
+%(NdA: questa parte verrà inserita in seguito).
+
+% TODO opzioni in formato esteso
\section{Problematiche di programmazione generica}
\label{sec:proc_gen_prog}
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
-valore originale nella routine chiamante venga toccato. In questo modo non
+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.
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
-le eventuali modifiche avranno effetto e saranno visibili anche nella routine
+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 routine chiamante
+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.
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
+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
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 \textit{variadic
- function}\index{variadic} che abbiano un numero variabile di argomenti,
+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}.
+``\texttt{\textellipsis}'', 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:
-\begin{itemize}
+\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
gestione di un numero variabile di argomenti.
\item \textsl{Invocare} la funzione specificando prima gli argomenti fissi, ed
a seguire quelli addizionali.
-\end{itemize}
+\end{itemize*}
-Lo standard ISO C prevede che una \textit{variadic function}\index{variadic}
+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
dichiarazione è il prototipo della funzione \func{execl} che vedremo in
quelli variabili vengono indicati in maniera generica dalla \textit{ellipsis}.
L'unica modalità in cui essi possono essere recuperati è pertanto quella
-sequenziale; essi verranno estratti dallo \itindex{stack} 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:
-\begin{enumerate}
+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:
+\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
il secondo e così via.
\item Dichiarare la conclusione dell'estrazione degli argomenti invocando la
macro \macro{va\_end}.
-\end{enumerate}
+\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
naturale in questo caso sembrerebbe quella di 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} stack all'indirizzo dove sono stati salvati gli argomenti, è
-assolutamente normale pensare di poter effettuare questa operazione.
+\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 \textsl{tipo opaco}\index{tipo!opaco}
+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
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}).
+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
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} stack che conteneva la variabile automatica potrà essere
-riutilizzata da una nuova funzione, con le immaginabili conseguenze di
-sovrapposizione e sovrascrittura dei dati.
+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
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} 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} stack è \funcd{setjmp},
-il cui prototipo è:
+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)}
che usa il contesto salvato in precedenza.}
\end{functions}
-Quando si esegue la funzione il contesto corrente dello \itindex{stack} stack
-viene salvato nell'argomento \param{env}, una variabile di tipo
+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
- \textsl{tipo opaco}\index{tipo!opaco}. Si definiscono così strutture ed
+ \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
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} stack effettuando il salto non-locale. Si tenga conto che il
-contesto salvato in \param{env} viene invalidato se la routine 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.
+\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
\bodydesc{La funzione non ritorna.}
\end{functions}
-La funzione ripristina il contesto dello \itindex{stack} 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
+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.
annidate.
L'implementazione di queste funzioni comporta alcune restrizioni dato che esse
-interagiscono direttamente con la gestione dello \itindex{stack} 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 \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:
\begin{itemize}
\item come espressione di controllo in un comando condizionale, di selezione
o di iterazione (come \code{if}, \code{switch} o \code{while});
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} 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
+\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
+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.
Per questo motivo occorre dire al compilatore che non deve essere mai
utilizzata l'ottimizzazione per cui quanto opportuno essa viene mantenuta in
un registro, poiché in questo modo si perderebbero le eventuali modifiche
fatte dagli altri programmi (che avvengono solo in una copia posta in
- memoria).}.
+ memoria).}
\index{salto~non-locale|)}
+
+
+% LocalWords: like exec kernel thread main ld linux static linker char envp Gb
+% LocalWords: sez POSIX exit system call cap abort shell diff errno stdlib int
+% LocalWords: SUCCESS FAILURE void atexit stream fclose unistd descriptor init
+% LocalWords: SIGCHLD wait function glibc SunOS arg argp execve fig high kb Mb
+% LocalWords: memory alpha swap table printf Unit MMU paging fault SIGSEGV BSS
+% LocalWords: multitasking text segment NULL Block Started Symbol
+% LocalWords: heap stack calling convention size malloc calloc realloc nmemb
+% LocalWords: ENOMEM ptr uClib cfree error leak smartpointers hook Dmalloc brk
+% LocalWords: Gray Watson Electric Fence Bruce Perens sbrk longjmp SUSv BSD ap
+% LocalWords: ptrdiff increment locking lock copy write capabilities IPC mlock
+% 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: 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: socket variadic ellipsis header stdarg execl self promoting last
+% LocalWords: float double short register type dest src extern setjmp jmp buf
+% LocalWords: env return if while Di page cdecl
+% LocalWords: environment
+
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
%%% TeX-master: "gapil"
projects / gapil.git / blobdiff