l'interfaccia base fra il sistema e i processi, su come vengono passati i
parametri, come viene gestita e allocata la memoria, su come un processo può
richiedere servizi al sistema, su cosa deve fare quando ha finito la sua
-esecuzione.
+esecuzione. Nella sezione finale accenneremo ad alcune problematiche generiche
+di programmazione.
In genere un programma viene eseguito quando un processo lo fa partire
-eseguendo una funzione della famiglia \texttt{exec}; torneremo su questo e
+eseguendo una funzione della famiglia \func{exec}; torneremo su questo e
sulla la creazione e gestione dei processi nel prossimo capitolo, in questo
affronteremo l'avvio e il funzionamento di un singolo processo partendo dal
punto di vista del programma posto in esecuzione.
discorso dei \textit{thread} comunque in Linux necessita di una trattazione a
parte per la peculiarità dell'implementazione).
-\section{La funzione \texttt{main}}
+
+\subsection{La funzione \func{main}}
\label{sec:proc_main}
Quando un programma viene lanciato il kernel esegue una opportuna routine di
-avvio, usando il programma \texttt{ld-linux.so}, è questo programma che prima
+avvio, usando il programma \cmd{ld-linux.so}, è questo programma che prima
carica le librerie condivise che servono al programma, effettua il link
dinamico del codice e poi 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 linkati alle
librerie condivise quando vengono avviati. La procedura è controllata da
-alcune variabili di ambiente e dal contenuto di \texttt{/etc/ld.so.conf}, i
-dettagli sono riportati nella man page di \texttt{ld.so}.
+alcune variabili di ambiente e dal contenuto di \file{/etc/ld.so.conf}, i
+dettagli sono riportati nella man page di \cmd{ld.so}.
-Il sistema fa partire qualunque programma chiamando la funzione \texttt{main};
+Il sistema fa partire qualunque programma chiamando la funzione \func{main};
sta al programmatore chiamare così la funzione principale del programma da cui
si suppone iniziale l'esecuzione; in ogni caso senza questa funzione lo stesso
linker darebbe luogo ad errori.
-Lo standard ISO C specifica che la funzione \texttt{main} può o non avere
+Lo standard ISO C specifica che la funzione \func{main} può non avere
argomenti o prendere due argomenti che rappresentano gli argomenti passati da
linea di comando, in sostanza un prototipo che va sempre bene è il seguente:
-\begin{verbatim}
+\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
int main (int argc, char *argv[])
-\end{verbatim}
+\end{lstlisting}
In realtà nei sistemi unix esiste un'altro modo per definire la funzione
-\texttt{main}, che prevede la presenza di un terzo parametro, \texttt{char
- *envp[]}, che fornisce l'\textsl{ambiente} (vedi \secref{proc_environ}) del
-programma; questa forma però non è prevista dallo standard POSIX.1 per cui se
-si vogliono scrivere programmi portabili è meglio evitarla.
+\func{main}, che prevede la presenza di un terzo parametro, \var{char
+ *envp[]}, che fornisce l'\textsl{ambiente} (vedi \secref{sec:proc_environ})
+del programma; questa forma però non è prevista dallo standard POSIX.1 per cui
+se si vogliono scrivere programmi portabili è meglio evitarla.
\subsection{Come chiudere un programma}
-\label{sec:proc_termination}
+\label{sec:proc_conclusion}
-La via normale per la quale un programma finisce è quando la funzione main
-ritorna, una modalità equivalente di conclusione è quella di chiamare
-direttamente la funzione \texttt{exit} (che viene comunque chiamata dalla
-routine di avvio del programma quando la funzione main ritorna). Una forma
-alternativa è quella di chiamare direttamente la system call \texttt{\_exit}
-che passa il controllo direttamente al kernel.
+La via normale per la quale un programma finisce è quando la funzione
+\func{main} ritorna, una modalità equivalente di conclusione è quella di
+chiamare direttamente la funzione \func{exit} (che viene comunque chiamata
+dalla routine di avvio del programma quando la funzione \func{main} ritorna).
+Una forma alternativa è quella di chiamare direttamente la system call
+\func{\_exit} che passa il controllo direttamente al kernel.
Oltre alla conclusione ``normale'' esiste anche la possibilità di una
conclusione ``anomala'' del programma a causa di segnali o della chiamata alla
-funzione \texttt{abort} (che comunque genera un segnale che termina il
-programma); torneremo su questo in \secref{sec:sig_abort}.
+funzione \func{abort} (che comunque genera un segnale che termina il
+programma); torneremo su questo in \secref{sec:proc_termination}.
Il valore di ritorno della funzione main, o quello usato nelle chiamate ad
-\texttt{exit} e \texttt{\_exit}, viene chiamato \textit{exit status} e passato
+\func{exit} e \func{\_exit}, viene chiamato \textit{exit status} e passato
al processo padre che aveva lanciato il programma (in genere la shell). In
generale si usa questo valore per fornire un'informazione generica sulla
riuscita o il fallimento del programma; l'informazione è necessariamente
In generale si usa la convenzione di restituire 0 in caso di successo e 1 in
caso di fallimento, i programmi che effettuano dei confronti (come
-\texttt{diff}) usano invece una notazione leggermente diversa, usando 0 per
+\cmd{diff}) usano invece una notazione leggermente diversa, usando 0 per
indicare la corrispondenza, 1 per indicare la non corrispondenza e 2 per
indicare l'incapacità di effettuare il confronto. È opportuno adottare una di
queste convenzioni a seconda dei casi. Si tenga presente che se si raggiunge
-la fine della funzione \texttt{main} senza ritornare esplicitamente si ha un
+la fine della funzione \func{main} senza ritornare esplicitamente si ha un
valore di uscita indefinito, è pertanto consigliabile di concludere sempre in
maniera esplicita detta funzione.
universalmente seguita è una buona idea tenerne conto.
Si tenga presente inoltre che non è una buona idea usare il valore dell'errore
-restituito dalla variabile \texttt{errno} come stato di uscita, in generale
+restituito dalla variabile \var{errno} come stato di uscita, in generale
una shell non si cura di tutto questo e comunque il valore dello stato di
uscita è sempre troncato ad 8 bit, per cui si potrebbe incorrere nel caso in
cui l'errore 256, diventando zero, verrebbe interpretato come un successo. In
-\texttt{stdlib.h} sono definite due macro \texttt{EXIT\_SUCCESS} e
-\texttt{EXIT\_FAILURE}, che in Linux sono poste rispettivamente ai valori 0 e
-1 (di tipo \texttt{int}), seguendo lo standard POSIX.
+\file{stdlib.h} sono definite due macro \macro{EXIT\_SUCCESS} e
+\macro{EXIT\_FAILURE}, che in Linux sono poste rispettivamente ai valori 0 e
+1 (di tipo \type{int}), seguendo lo standard POSIX.
Infine occorre distinguere fra lo stato di uscita di un programma
(l'\textit{exit status}) e lo stato di conclusione di un processo (il
possibile un processo possa essere terminato (da un segnale) prima che il
programma in esecuzione si sia concluso. In caso di conclusione normale del
programma però lo stato di uscita diventa parte dello stato di conclusione del
-processo (vedi \secref{sec:prochand_XXX}).
+processo (vedi \secref{sec:proc_termination}).
-\subsection{Le funzioni \texttt{exit} e \texttt{\_exit}}
+\subsection{Le funzioni \func{exit} e \func{\_exit}}
\label{sec:proc_exit}
Come accennato funzioni per l'uscita ``normale'' da un programma sono due, la
-prima è la funzione \texttt{exit} che è definita dallo standard ANSI C, il
+prima è la funzione \func{exit} che è definita dallo standard ANSI C; il
prototipo della funzione è il seguente:
\begin{prototype}{stdlib.h}{void exit(int status)}
Causa la conclusione ordinaria del programma restituendo il valore
- \texttt{status} al processo padre.
+ \var{status} al processo padre.
La funzione non ritorna. Il processo viene terminato
\end{prototype}
-La funzione \texttt{exit} è pensata per una conclusione pulita di un programma
+La funzione \func{exit} è pensata per una conclusione pulita di un programma
che usa le librerie standard del C; essa esegue tutte le funzioni che sono
-state registrate con \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit} (vedi
+state registrate con \func{atexit} e \func{on\_exit} (vedi
\secref{sec:proc_atexit}), e chiude tutti gli stream di I/O effettuando il
-salvataggio dei dati sospesi (chiamando \texttt{fclose}, vedi
-\secref{sec:filestd_close}), infine ripassa il controllo al kernel chiamando
-\texttt{\_exit} e passando il valore \texttt{status} come stato di uscita.
+salvataggio dei dati sospesi (chiamando \func{fclose}, vedi
+\secref{sec:file_fclose}), infine ripassa il controllo al kernel chiamando
+\func{\_exit} e passando il valore \var{status} come stato di uscita.
-La system call \texttt{\_exit} restituisce direttamente il controllo al
+La system call \func{\_exit} restituisce direttamente il controllo al
kernel, concludendo immediatamente il processo, le eventuali funzioni
-registrate con \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit} non vengono eseguite. Il
+registrate con \func{atexit} e \func{on\_exit} non vengono eseguite. Il
prototipo della funzione è il seguente:
\begin{prototype}{unistd.h}{void \_exit(int status)}
Causa la conclusione immediata del programma restituendo il valore
- \texttt{status} al processo padre.
+ \var{status} al processo padre.
La funzione non ritorna. Il processo viene terminato.
\end{prototype}
La funzione chiude tutti i file descriptor appartenenti al processo (sui tenga
presente che questo non comporta il salvataggio dei dati bufferizzati degli
-stream), fa si che ogni figlio del processo sia ereditato da \texttt{init}
-(vedi \secref{cha:process_handling}), manda un segnale \texttt{SIGCHLD} al
-processo padre (vedi \ref{sec:sig_sigchild}) ed infine ritorna lo stato di
-uscita specificato in \texttt{status} che può essere raccolto usando la
-funzione \texttt{wait} (vedi \secref{sec:prochand_wait}).
+stream), fa si che ogni figlio del processo sia ereditato da \cmd{init}
+(vedi \secref{cha:process_handling}), manda un segnale \macro{SIGCHLD} al
+processo padre (vedi \ref{sec:sig_job_control}) ed infine ritorna lo stato di
+uscita specificato in \var{status} che può essere raccolto usando la
+funzione \func{wait} (vedi \secref{sec:proc_wait}).
-\subsection{Le funzioni \texttt{atexit} e \texttt{on\_exit}}
+\subsection{Le funzioni \func{atexit} e \func{on\_exit}}
\label{sec:proc_atexit}
-Come accennato l'uso di \texttt{exit} al posto della \texttt{\_exit} è fatto
+Come accennato l'uso di \func{exit} al posto della \func{\_exit} è fatto
principalmente per permettere una uscita pulita dalle funzioni delle librerie
standard del C (in particolare per quel che riguarda la chiusura degli
stream).
A questo scopo lo standard ANSI C prevede la possibilità di registrare un
certo numero funzioni che verranno eseguite all'uscita dal programma (sia per
-la chiamata ad \textit{exit} che per il ritorno di \texttt{main}). La prima
+la chiamata ad \func{exit} che per il ritorno di \func{main}). La prima
funzione che si può utilizzare a tal fine è:
\begin{prototype}{stdlib.h}{void atexit(void (*function)(void))}
- Registra la funzione \texttt{function} per essere chiamata all'uscita dal
+ Registra la funzione \var{function} per essere chiamata all'uscita dal
programma.
La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento,
La funzione richiede come argomento l'indirizzo della opportuna da chiamare
all'uscita che non deve prendere argomenti e non deve ritornare niente. Una
-estensione di \texttt{atexit} è la funzione \texttt{on\_exit} (che la glibc
-include per compatibilità con SunOS e che non è detta sia definita su altri
+estensione di \func{atexit} è la funzione \func{on\_exit} (che la glibc
+include per compatibilità con SunOS e che non è detto sia definita su altri
sistemi), il cui prototipo è:
\begin{prototype}{stdlib.h}
{void on\_exit(void (*function)(int status, void *arg), void *arg)}
- Registra la funzione \texttt{function} per essere chiamata all'uscita dal
+ Registra la funzione \var{function} per essere chiamata all'uscita dal
programma. Tutte le funzioni registrate vengono chiamate in ordine inverso
rispetto a quello di registrazione.
La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento,
- \texttt{errno} non viene settata.
+ \var{errno} non viene settata.
\end{prototype}
In questo caso la funzione da chiamare prende due parametri, il primo dei
quali sarà inizializzato allo stato di uscita con cui è stata chiamata
-\texttt{exit} ed il secondo al puntatore generico specificato come secondo
-argomento nella chiamata di \texttt{on\_exit}.
+\func{exit} ed il secondo al puntatore generico specificato come secondo
+argomento nella chiamata di \func{on\_exit}.
-Tutte le funzioni registrate vengono chiamate in ordine inverso rispetto a
-quello di registrazione (ed una stessa funzione registrata più volte sarà
-chiamata più volte); poi vengono chiusi tutti gli stream aperti, infine viene
-chiamata \texttt{\_exit}.
+Nella sequenza di chiusura tutte le funzioni registrate verranno chiamate in
+ordine inverso rispetto a quello di registrazione (ed una stessa funzione
+registrata più volte sarà chiamata più volte); poi verranno chiusi tutti gli
+stream aperti, infine verrà chiamata \func{\_exit}.
\subsection{Conclusioni}
Data l'importanza dell'argomento è opportuno sottolineare ancora una volta che
in un sistema unix l'unico modo in cui un programma può essere eseguito dal
-kernel è attraverso la chiamata alla system call \texttt{execve} (in genere
-attraveso una delle funzioni \texttt{exec} che vedremo in
-\secref{sec:prochand_exec}).
+kernel è attraverso la chiamata alla system call \func{execve} (in genere
+attraverso una delle funzioni \func{exec} che vedremo in
+\secref{sec:proc_exec}).
Allo stesso modo l'unico modo in cui un programma può concludere
volontariamente la sua esecuzione è attraverso una chiamata alla system call
-\texttt{\_exec} sia esplicitamente o che in maniera indiretta attraverso l'uso
-di \texttt{exit} o il ritorno della funzione \texttt{main}.
+\func{\_exit} sia esplicitamente o che in maniera indiretta attraverso l'uso
+di \func{exit} o il ritorno della funzione \func{main}.
Lo schema delle modalità con cui si avvia e conclude normalmente un programma
è riportato in \nfig.
\begin{figure}[htb]
\centering
-
+ \includegraphics[width=12cm]{img/proc_beginend}
\caption{Schema dell'avvio e della conclusione di un programma.}
\label{fig:proc_prog_start_stop}
\end{figure}
+
Si ricordi infine che un programma può anche essere interrotto dall'esterno
attraverso l'uso di un segnale (modalità di conclusione non mostrata in
\curfig); torneremo su questo aspetto in \secref{cha:signals}.
detto spazio non è neanche continuo (cioè non tutti gli indirizzi sono
utilizzabili e/o utilizzati).
-La memoria virtuale viene divisa in pagine (che ad esempio sono di 4kb su
-macchine a 32 bit e 8kb sulle alpha, valori strettamente connessi all'hardware
-di gestione della memoria) di dimensione fissa, e ciascuna pagina della
+La memoria virtuale viene divisa in pagine di dimensione fissa (che ad esempio
+sono di 4kb su macchine a 32 bit e 8kb sulle alpha, valori strettamente
+connessi all'hardware di gestione della memoria), e ciascuna pagina della
memoria virtuale è associata ad un supporto che può essere una pagina di
-memoria reale o ad un dispositivo di stoccaggio secondario (in genere lo spazio
-disco riservato alla swap, o i file che contengono il codice).
+memoria reale o ad un dispositivo di stoccaggio secondario (in genere lo
+spazio disco riservato alla swap, o i file che contengono il codice).
Lo stesso pezzo di memoria reale (o di spazio disco) può fare da supporto a
diverse pagine di memoria virtuale appartenenti a processi diversi (come
accade in genere per le pagine che contengono il codice delle librerie
-condivise). Ad esempio il codice della funzione \texttt{printf} starà su una
+condivise). Ad esempio il codice della funzione \func{printf} starà su una
sola pagina di memoria reale che farà da supporto a tutte le pagine di memoria
virtuale di tutti i processi hanno detta funzione nel loro codice.
La corrispondenza fra le pagine della memoria virtuale e quelle della memoria
fisica della macchina viene gestita in maniera trasparente dall'hardware di
-gestione della memoria (dalla \textit{Memory Management Unit} del processore),
+gestione della memoria (la \textit{Memory Management Unit} del processore),
ma poiché in genere quest'ultima è solo una piccola frazione della memoria
virtuale è necessario un meccanismo che permetta di trasferire le pagine
-virtuali che servono dal supporto su cui si trovano in memoria eliminando
+virtuali che servono dal supporto su cui si trovano in memoria, eliminando
quelle che non servono. Questo meccanismo è detto \textit{paging}, ed è uno
dei compiti principali del kernel.
Quando un processo cerca di accedere ad una pagina che non è nella memoria
-reale avviene quello che viene chiamato un \textit{page fault}, l'hardware di
+reale, avviene quello che viene chiamato un \textit{page fault}; l'hardware di
gestione della memoria (la MMU del processore) genera una interruzione e passa
il controllo al kernel il quale sospende il processo e si incarica di mettere
in RAM la pagina richiesta (effettuando tutte le operazioni necessarie per
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}, si tenta cioè di leggere e scrivere
-da un indirizzo per il quale non esiste una associazione della pagina virtuale
-ed il kernel risponde al relativo \textit{page fault} mandando un segnale
-\texttt{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la terminazione
+chiamato un \textit{segmentation fault}. Se si tenta cioè di leggere o
+scrivere da un indirizzo per il quale non esiste una associazione della pagina
+virtuale il kernel risponde al relativo \textit{page fault}, mandando un
+segnale \macro{SIGSEGV} al processo, che normalmente ne causa la terminazione
immediata.
È pertanto importante capire come viene strutturata la memoria virtuale di un
\begin{enumerate}
\item Il segmento di testo (\textit{text segment}). Contiene il codice
- macchina del programma e le costanti statiche. Normalmente viene condiviso
- così che più processi (anche diversi nel caso di librerie) possano
- utilizzarlo e viene marcato in sola lettura per evitare sovrascritture
+ macchina del programma e le costanti statiche. Normalmente viene condiviso,
+ in modo che più processi (anche diversi nel caso di librerie) possano
+ utilizzarlo, e viene marcato in sola lettura per evitare sovrascritture
accidentali (o maliziose) che ne modifichino le istruzioni.
- Viene allocato da \texttt{exec} all'avvio del programma e resta invariato
+ Viene allocato da \func{exec} all'avvio del programma e resta invariato
per tutto il tempo dell'esecuzione.
\item Il segmento dei dati (\textit{data segment}). Contiene le variabili
La prima parte è il segmento dei dati inizializzati, che contiene le
variabili globali il cui valore è stato assegnato esplicitamente. Ad esempio
se si definisce:
-\begin{verbatim}
+\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
double pi = 3.14;
-\end{verbatim}
+\end{lstlisting}
questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. La memoria di questo
- segmento viene preallocato dalla \texttt{exec} e inizializzata ai valori
+ segmento viene preallocato dalla \func{exec} e inizializzata ai valori
specificati.
La seconda parte è il segmento dei dati non inizializzati, che contiene le
variabili globali il cui valore è stato non è assegnato esplicitamente. Ad
esempio se si definisce:
-\begin{verbatim}
+\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
int vect[100];
-\end{verbatim}
+\end{lstlisting}
questo valore sarà immagazzinato in questo segmento. Anch'esso viene
allocato all'avvio, e tutte le variabili vengono inizializzate a
- zero (ed i puntatori a \texttt{NULL}).
+ zero (ed i puntatori a \macro{NULL}).
Storicamente questo segmento viene chiamato BBS (da \textit{block started by
symbol}. La sua dimensione è fissa.
\begin{figure}[htb]
\centering
-
+ \includegraphics[width=5cm]{img/memory_layout}
\caption{Disposizione tipica dei segmenti di memoria di un processo}
\label{fig:proc_mem_layout}
\end{figure}
Una disposizione tipica di questi segmenti è riportata in \nfig. Usando il
-comando \texttt{size} su un programma se ne può stampare le dimensioni dei
+comando \cmd{size} su un programma se ne può stampare le dimensioni dei
segmenti di testo e di dati (inizializzati e BSS); il BSS però non è mai
salvato sul file, in quanto viene inizializzato a zero al caricamento del
programma.
quella in cui vanno le variabili globali e le variabili statiche (e viene
effettuata nel segmento dei dati), lo spazio per queste variabili viene
allocati all'avvio del programma (come parte delle operazioni svolte da
-\texttt{exec}) e non viene liberato fino alla sua conclusione.
+\func{exec}) e non viene liberato fino alla sua conclusione.
L'allocazione automatica è quella che avviene per le cosiddette variabili
automatiche, cioè gli argomenti delle funzioni o le variabili locali. Lo
possano essere modificate durante l'esecuzione del programma; però le librerie
del C forniscono una serie opportuna di funzioni per permettere l'allocazione
dinamica di spazio in memoria (in genere nello heap, usando la system call
-\texttt{sbrk}), solo che a questo punto detto spazio sarà accessibile solo in
+\func{sbrk}), solo che a questo punto detto spazio sarà accessibile solo in
maniera indiretta attraverso dei puntatori.
-\subsection{Le funzioni \texttt{malloc}, \texttt{calloc}, \texttt{realloc} e
- \texttt{free}}
+\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, i prototipi sono i seguenti:
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void *calloc(size\_t size)}
- Alloca \texttt{size} bytes nello heap. La memoria viene inizializzata a 0.
+\begin{functions}
+\headdecl{stdlib.h}
+\funcdecl{void *calloc(size\_t size)}
+ Alloca \var{size} byte nello heap. La memoria viene inizializzata a 0.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
-\end{prototype}
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void *malloc(size\_t size)}
- Alloca \texttt{size} bytes nello heap. La memoria non viene inizializzata.
+ di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\funcdecl{void *malloc(size\_t size)}
+ Alloca \var{size} byte nello heap. La memoria non viene inizializzata.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
-\end{prototype}
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void free(void *ptr)}
- Disalloca lo spazio di memoria puntato da \texttt{ptr}.
-
- La funzione non ritorna nulla.
-\end{prototype}
-\begin{prototype}{stdlib.h}{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
- Cambia la dimensione del blocco allocato all'indirizzo \texttt{ptr}
- portandola a \texttt{size}.
+ di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\funcdecl{void *realloc(void *ptr, size\_t size)}
+ Cambia la dimensione del blocco allocato all'indirizzo \var{ptr}
+ portandola a \var{size}.
La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
- di successo e \texttt{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
- \texttt{errno} viene settata a \texttt{ENOMEM}.
-\end{prototype}
+ di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\funcdecl{void free(void *ptr)}
+ Disalloca lo spazio di memoria puntato da \var{ptr}.
+ La funzione non ritorna nulla e non riporta errori.
+\end{functions}
Il puntatore che le funzioni di allocazione ritornano è garantito essere
sempre correttamente allineato per tutti i tipi di dati; ad esempio sulle
-macchine a 32 bit in genere è allineato a multipli di 4 bytes e sulle macchine
-a 64 bit a multipli di 8 bytes.
+macchine a 32 bit in genere è allineato a multipli di 4 byte e sulle macchine
+a 64 bit a multipli di 8 byte.
-In genere su usano le funzioni \texttt{malloc} e \texttt{calloc} per allocare
+In genere su usano le funzioni \func{malloc} e \func{calloc} per allocare
dinamicamente la memoria necessaria al programma, siccome i puntatori
ritornati sono di tipo generico non è necessario effettuare un cast per
assegnarli a puntatori al tipo di variabile per la quale si effettua la
allocazione.
La memoria allocata dinamicamente deve essere esplicitamente rilasciata usando
-\texttt{free}\footnote{le glibc provvedono anche una funzione \texttt{cfree}
- defininita per compatibilità con SunOS, che è deprecata} una volta che non
+\func{free}\footnote{le glibc provvedono anche una funzione \func{cfree}
+ definita per compatibilità con SunOS, che è deprecata} una volta che non
sia più necessaria. Questa funzione vuole come parametro un puntatore
restituito da una precedente chiamata a una qualunque delle funzioni di
allocazione e che non sia già stato liberato da un'altra chiamata a
-\texttt{free}, in caso contrario il comportamento della funzione è indefinito.
+\func{free}, in caso contrario il comportamento della funzione è indefinito.
-La funzione \texttt{realloc} si usa invece per cambiare (in genere aumentare)
+La funzione \func{realloc} si usa invece per cambiare (in genere aumentare)
la dimensione di un'area di memoria precedentemente allocata, la funzione
vuole in ingresso il puntatore restituito dalla precedente chiamata ad una
-\texttt{malloc} (se è passato un valore \texttt{NULL} allora la funzione si
-comporta come \texttt{malloc}\footnote{questo è vero per linux e
+\func{malloc} (se è passato un valore \macro{NULL} allora la funzione si
+comporta come \func{malloc}\footnote{questo è vero per Linux e
l'implementazione secondo lo standard ANSI C, ma non è vero per alcune
vecchie implementazioni, inoltre alcune versioni delle librerie del C
- consentivano di usare \texttt{realloc} anche per un puntatore liberato con
- \texttt{free} purché non ci fossero state altre chiamate a funzioni di
+ consentivano di usare \func{realloc} anche per un puntatore liberato con
+ \func{free} purché non ci fossero state altre chiamate a funzioni di
allocazione, questa funzionalità è totalmente deprecata e non è consentita
- sotto linux}), ad esempio quando si deve far crescere la dimensione di un
+ sotto Linux}), ad esempio quando si deve far crescere la dimensione di un
vettore; in questo caso se è disponibile dello spazio adiacente al precedente
-la funzione lo utilzza, altrimenti rialloca altrove un blocco della dimensione
-voluta copiandoci automaticamente il contenuto, lo spazio in più non viene
+la funzione lo utilizza, altrimenti rialloca altrove un blocco della dimensione
+voluta copiandoci automaticamente il contenuto, lo spazio aggiunto non viene
inizializzato.
-Il fatto che il blocco di memoria restituito da \texttt{realloc} possa
-camabiare comporta che si deve sempre riassegnare al puntatore passato per il
-ridimensionamento il valore di ritorno della funzione, e che non ci devono
-essere altri puntatori che puntino all'interno di un'area che si vuole
-ridimensionare.
-
+Si deve sempre avere ben presente il fatto che il blocco di memoria restituito
+da \func{realloc} può non essere una estensione di quello che gli si è passato
+come parametro; pertanto esso deve essere trattato allo stesso modo di una
+nuova allocazione; in particolare si dovrà \emph{sempre} eseguire la
+riassegnazione di \var{ptr} al valore di ritorno della funzione, e
+reinizializzare (o provvedere ad un adeguato aggiornamento qualora ancora
+servano) tutti gli altri puntatori al blocco di dati ridimensionato.
Uno degli errori più comuni (specie se si ha a che fare con array di
-puntatori) è infatti quello di chiamare \texttt{free} più di una volta sullo
+puntatori) è infatti quello di chiamare \func{free} più di una volta sullo
stesso puntatore; per evitare questo problema una soluzione di ripiego è
-quella di assegnare sempre a \texttt{NULL} ogni puntatore liberato con
-\texttt{free}, dato che, quando il parametro è un puntatore nullo,
-\texttt{free} non esegue nessuna operazione.
+quella di assegnare sempre a \macro{NULL} ogni puntatore liberato con
+\func{free}, dato che, quando il parametro è un puntatore nullo,
+\func{free} non esegue nessuna operazione.
Linux e le glibc hanno una 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 \texttt{MALLOC\_CHECK\_} che quando viene settata mette in uso una
+variabile \macro{MALLOC\_CHECK\_} che quando viene settata mette in uso una
versione meno efficiente delle funzioni, che però è più tollerante nei
-confronti di piccoli errori come quello di chiamate doppie a \texttt{free}; in
-pparticolare se la variabile è posta a zero gli errori vengono ignorati, se è
-posta ad 1 viene stampato un avviso sullo standard error e se
-
+confronti di piccoli errori come quello di chiamate doppie a \func{free}; in
+particolare:
+\begin{itemize*}
+\item se la variabile è posta a zero gli errori vengono ignorati.
+\item se è posta ad 1 viene stampato un avviso sullo \textit{standard error}
+ (vedi \secref{sec:file_std_stream}).
+\item se è posta a 2 viene chiamata \func{abort}, che in genere causa
+ l'immediata conclusione del programma.
+\end{itemize*}
Il problema più comune e più difficile da tracciare che si incontra con
l'allocazione della memoria è però quando la memoria non più utilizzata non
\textit{memory-leak}, traducibile come \textsl{perdita di memoria}).
Un caso tipico è quando l'allocazione viene fatta da una subroutine per un uso
-locale, ma la memoria non viene liberata una volta usata; in questo caso la
-memoria resta allocata, causando a lungo andare un esaurimento della memoria
-disponibile con un conseguente crash dell'applicazione in un momento del tutto
-scorrelato rispetto al verificarsi della condizione di errore.
+locale, ma la memoria non viene liberata una volta usata; chiamate ripetute
+alla stessa subroutine causeranno a lungo andare un esaurimento della memoria
+disponibile, con un conseguente crash dell'applicazione che può avvenire in
+qualunque momento, e senza nessuna relazione con la subroutine che contiene
+l'errore.
+Per questo motivo l'implementazione delle routine di allocazione delle glibc
+mette a disposizione una serie di funzionalità (su cui torneremo in
+\secref{sec:xxx_advanced}) che permettono di tracciare le allocazioni e
+le disallocazione, e definisce anche una serie di possibili agganci che
+permettono di sostituire alle funzioni di libreria una propria versione (che
+può essere più o meno specializzata per il debugging).
-\subsection{La funzione \texttt{alloca}}
-\label{sec:proc_mem_alloca}
+\subsection{La funzione \func{alloca}}
+\label{sec:proc_mem_alloca}
+Una alternativa possibile all'uso di \func{malloc}, che non soffre del tipo
+di problemi di memory leak descritti in precedenza è la funzione
+\func{alloca} che invece che allocare la memoria nello heap usa lo il
+segmento di stack della funzione corrente. La sintassi è identica:
+\begin{prototype}{stdlib.h}{void *alloca(size\_t size)}
+ Alloca \var{size} byte nel segmento di stack della funzione chiamante.
+ La memoria non viene inizializzata.
-\subsection{Le funzioni \texttt{brk} e \texttt{sbrk}}
+ La funzione restituisce il puntatore alla zona di memoria allocata in caso
+ di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual caso
+ \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+\noindent ma in questo caso non è più necessario liberare la memoria in quanto
+questa viene rilasciata automaticamente al ritorno della funzione.
+
+Come è evidente questa funzione ha molti vantaggi, e permette di evitare i
+problemi di memory leak non essendo più necessaria la deallocazione esplicita;
+una delle ragioni principali per usarla è però che funziona anche quando si
+usa \func{longjump} per uscire con un salto non locale da una funzione (vedi
+\secref{sec:proc_longjmp}),
+
+Un altro vantaggio e che in Linux la funzione è molto veloce e non viene
+sprecato spazio, infatti non è necessario gestire un pool di memoria da
+riservare e si evitano anche i problemi di frammentazione di quest'ultimo che
+comportano inefficienze sia nell'allocazione della memoria che nell'esecuzione
+della funzione.
+
+Gli svantaggi sono che questa funzione non è disponibile su tutti gli unix,
+(quando non è possibile aumentare le dimensioni dello stack una volta chiamata
+una funzione) e quindi l'uso limita la portabilità dei programmi, 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 questa funzione per allocare memoria
+che deve poi essere usata anche al di fuori della funzione in cui questa viene
+chiamata, in quanto all'uscita dalla funzione lo spazio allocato diventerebbe
+libero, e potrebbe essere sovrascritto all'invocazione di nuove funzioni con
+conseguenze imprevedibili. Questo è lo stesso problema potenziale che si può
+avere con le variabili automatiche, su cui torneremo in
+\secref{sec:proc_auto_var}.
+
+
+\subsection{Le funzioni \func{brk} e \func{sbrk}}
\label{sec:proc_mem_sbrk}
+L'uso di queste funzioni è necessario solo quando si voglia accedere alle
+analoghe system call a cui fanno da interfaccia (ad esempio per implementare
+una propria versione di \func{malloc}. Le funzioni sono:
+\begin{prototype}{unistd.h}{int *brk(void end\_data\_segment)}
+ Sposta la fine del segmento dei dati all'indirizzo specificato da
+ \var{end\_data\_segment}.
+
+ La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento,
+ nel qual caso \var{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+\begin{prototype}{unistd.h}{int *sbrk(ptrdiff\_t increment)}
+ Incrementa lo spazio dati di un programma di \var{increment}. Un valore
+ zero restituisce l'attuale posizione della fine del segmento dati.
+
+ La funzione restituisce il puntatore all'inizio della nuova zona di memoria
+ allocata in caso di successo e \macro{NULL} in caso di fallimento, nel qual
+ caso \macro{errno} viene settata a \macro{ENOMEM}.
+\end{prototype}
+
+Queste funzioni sono state deliberatamente escluse dallo standard POSIX.1 e
+per i programmi normali è opportuno usare le funzioni di allocazione standard
+descritte in precedenza, che sono costruite su di esse. In genere si usa
+\func{sbrk} con un valore zero per ottenere l'attuale posizione della fine
+del segmento dati.
+
-\subsection{La personalizzazione delle funzioni di allocazione}
-\label{sec:proc_mem_malloc_custom}
+% \subsection{La personalizzazione delle funzioni di allocazione}
+% \label{sec:proc_mem_malloc_custom}
\subsection{Il controllo della memoria virtuale}
-\label{sec:proc_mem_mlock}
+\label{sec:proc_mem_lock}
+
+Come spiegato in \secref{sec:proc_mem_gen} il kernel gestisce la memoria in
+maniera trasparente ai processi, decidendo quando rimuovere pagine dalla
+memoria per metterle nello swap sulla base dell'utilizzo corrente da parte dei
+vari processi.
+
+Nell'uso comune un processo non deve preoccuparsi di tutto ciò, in quanto il
+meccanismo della paginazione riporta in RAM, ed in maniera trasparente, tutte
+le pagine che gli occorrono; esistono però esigenze particolari in cui non si
+vuole che si attivi il meccanismo dello \textit{swapping}, in generale i
+motivi per cui si possono avere queste necessità sono sostanzialmente due:
+\begin{itemize}
+\item La velocità. Il processo della paginazione è trasparente solo se il
+ programma in esecuzione se non è sensibile al tempo che occorre a riportare
+ la pagina in memoria; per questo motivi processi critici che hanno esigenze
+ di tempo reale o tolleranze critiche nella risposte (ad esempio processi che
+ trattano campionamenti sonori) possono non essere in grado di sopportare
+ le variazioni della velocità di accesso dovuta alla paginazione.
+
+ In certi casi poi un programmatore può conoscere meglio dell'algoritmo di
+ allocazione delle pagine le esigenze specifiche del suo programma e decidere
+ quali pagine di memoria è opportuno che restino in memoria per un aumento
+ delle prestazioni. In genere queste sono esigenze particolari e richiedono
+ anche un aumento delle priorità in esecuzione (vedi \secref{sec:xxx_xxx}).
+
+\item La sicurezza. Se si tengono password o chiavi in memoria queste possono
+ essere portate su disco dal meccanismo della paginazione, questo rende più
+ lungo il periodo di tempo in cui i segreti sono presenti in chiaro e più
+ complessa la loro cancellazione (ad un processo è possibile cancellare la
+ memoria su cui scrive le sue variabili, ma non può toccare lo spazio disco
+ su cui la pagina contenente i segreti può essere stata salvata). Per questo
+ motivo di solito i programmi di crittografia richiedono il blocco di alcune
+ pagine di memoria.
+\end{itemize}
+Il meccanismo che previene la paginazione di parte della memoria virtuale di
+un processo è chiamato \textit{memory locking} (blocco della memoria), il
+blocco è sempre associato alle pagine della memoria virtuale del processo, non
+con il 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 o 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}.
+
+I \textit{memory lock} non sono ereditati dai processi figli\footnote{ma
+ siccome Linux usa il copy on write gli indirizzi virtuali del figlio sono
+ mantenuti sullo stesso segmento di RAM del padre, quindi fintanto che un
+ figlio non scrive su un segmento, può usufruire dei memory lock del padre}.
+Siccome la presenza di un \textit{memory lock} riduce la memoria disponibile
+al sistema con un impatto su tutti gli altri processi, solo l'amministratore ha
+la capacità di bloccare una pagina. Ogni processo però può sbloccare le sue
+pagine.
+
+
+Il sistema pone dei limiti all'ammontare di memoria di un processo che può
+essere bloccata e al totale di memoria fisica che può dedicare a questo, lo
+standard POSIX.1 richiede che sia definita in \file{unistd.h} la costante
+\macro{\_POSIX\_MEMLOCK\_RANGE} per indicare la capacità di eseguire il
+\textit{memory locking} e la costante \macro{PAGESIZE} in \file{limits.h} per
+indicare la dimensione di una pagina in byte.
+
+
+Le funzioni per bloccare e sbloccare singole sezioni di memoria sono
+\func{mlock} e \func{munlock}; i loro prototipi sono:
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int mlock(const void *addr, size\_t len)}
+ Blocca la paginazione per l'intervallo di memoria da \var{addr} per
+ \var{len} byte. Tutte le pagine che contengono una parte dell'intervallo
+ sono mantenute in RAM per tutta la durata del blocco.
+
+ La funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore, nel qual
+ caso \var{errno} è settata ad uno dei valori seguenti:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{ENOMEM} alcuni indirizzi dell'intervallo specificato non
+ corripondono allo spazio di indirizzi del processo o si è ecceduto il
+ numero massimo consentito di pagine bloccate.
+ \item \macro{EPERM} il processo non ha i privilegi richiesti per
+ l'operazione.
+ \item \macro{EINVAL} \var{len} non è un valore positivo.
+ \end{errlist}
+
+ \funcdecl{int munlock(const void *addr, size\_t len)}
+ Alloca \var{size} byte nello heap. La memoria non viene inizializzata.
+
+ Sblocca l'intervallo di memoria da \var{addr} per \var{len} byte. La
+ funzione ritorna 0 in caso di successo e -1 in caso di errore, nel qual caso
+ \var{errno} è settata ad uno dei valori seguenti:
+ \begin{errlist}
+ \item \macro{ENOMEM} alcuni indirizzi dell'intervallo specificato non
+ corripondono allo spazio di indirizzi del processo.
+ \item \macro{EINVAL} \var{len} non è un valore positivo.
+ \end{errlist}
+\end{functions}
+
+Altre due funzioni, \func{mlockall} e \func{munlockall}, consentono di
+bloccare genericamente lo spazio di indirizzi di un processo. I prototipi di
+queste funzioni sono:
+
+\begin{functions}
+ \headdecl{sys/mman.h}
+
+ \funcdecl{int mlockall(int flags)}
+ Blocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.
+
+ Codici di ritorno ed errori sono gli stessi di \func{mlock}.
-\section{Il controllo di flusso non locale}
-\label{sec:proc_flux}
+ \funcdecl{int munlockall(void)}
+ Sblocca la paginazione per lo spazio di indirizzi del processo corrente.
+
+ Codici di ritorno ed errori sono gli stessi di \func{munlock}.
+\end{functions}
+
+Il parametro \var{flags} di \func{mlockall} permette di controllarne il
+comportamento; esso può essere specificato come l'OR aritmetico delle due
+costanti:
+\begin{description*}
+\item \macro{MCL\_CURRENT} blocca tutte le pagine correntemente mappate nello
+ spazio di indirizzi del processo.
+\item \macro{MCL\_FUTURE} blocca tutte le pagine che saranno mappate nello
+ spazio di indirizzi del processo.
+\end{description*}
+
+Con \func{mlockall} si può bloccare tutte le pagine mappate nello spazio di
+indirizzi del processo, sia che comprendano il segmento di testi, di dati, lo
+stack e lo 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 sezione critica
+deve provvedere a riservare memoria sufficiente prima dell'ingresso, in genere
+questo si fa chiamando una funzione che ha allocato una quantità sufficiente
+ampia di variabili automatiche, in modo che esse vengano mappate in RAM dallo
+stack e poi ci scrive sopra, per scongiurare in partenza un eventuale page
+fault causato dal meccanismo di copy on write.
\section{La gestione di parametri e opzioni}
Il passaggio dei parametri e delle variabili di ambiente dalla riga di comando
al singolo programma quando viene lanciato è effettuato attraverso le
-variabili \texttt{argc}, \texttt{argv} che vengono passate al programma
+variabili \var{argc}, \var{argv} che vengono passate al programma
come argomenti della funzione principale.
\subsection{Il formato dei parametri}
individuare le parole viene usato come separatore lo spazio (comportamento
modificabile attraverso il settaggio della variabile di ambiente IFS).
-Nella scansione viene costruito il vettore di puntatori \texttt{argv} inserendo
+Nella scansione viene costruito il vettore di puntatori \var{argv} inserendo
in successione il puntatore alla stringa costituente l'$n$-simo parametro; la
-variabile \texttt{argc} viene inizializzata al numero di parametri trovati, in
+variabile \var{argc} viene inizializzata al numero di parametri trovati, in
questo modo il primo parametro è sempre il nome del programma (vedi \nfig).
\subsection{La gestione delle opzioni}
\label{sec:proc_opt_handling}
-In generale un programma unix riceve da linea di comando sia i parametri che
+In generale un programma unix riceve da linea di comando sia gli argomenti che
le opzioni, queste ultime sono standardizzate per essere riconosciute come
-tali: un elemento di \texttt{argv} che inizia con \texttt{-} e che non sia un
+tali: un elemento di \var{argv} che inizia con \texttt{-} e che non sia un
singolo \texttt{-} o \texttt{--} viene considerato un'opzione. In in genere
le opzioni sono costituite da una lettera preceduta dal meno e possono avere o
no un parametro associato; un comando tipico può essere cioè qualcosa del
\end{verbatim}
ed in questo caso le opzioni sono \texttt{m} ed \texttt{r}.
-Per gestire le opzioni all'interno dei parametri passati in \texttt{argv} le
-librerie standard del C forniscono la funzione \texttt{getopt} (accessibile
-includendo \texttt{unistd.h}), che ha il prototipo:
-\begin{verbatim}
-int getopt(int argc, char * const argv[], const char * optstring);
-\end{verbatim}
+Per gestire le opzioni all'interno dei argomenti a linea di comando passati in
+\func{argv} le librerie standard del C forniscono la funzione \func{getopt}
+che ha il seguente prototipo:
+\begin{prototype}{unistd.h}
+{int getopt(int argc, char * const argv[], const char * optstring)}
+La funzione esegue il parsing degli argomenti passati da linea di comando
+riconoscendo le possibili opzioni segnalate con \var{optstring}.
+
+Ritorna il carattere che segue l'opzione, \cmd{':'} se manca un parametro
+all'opzione, \cmd{'?'} se l'opzione è sconosciuta, e -1 se non esistono altre
+opzioni.
+\end{prototype}
-Questa funzione prende come argomenti le due variabili \texttt{argc} e
-\texttt{argv} ed una stringa che indica quali sono le opzioni valide; la
-funzione effettua la scansione della lista dei parametri ricercando ogni
-stringa che comincia con \texttt{-} e ritorna ogni volta che trova una opzione
-valida.
+Questa funzione prende come argomenti le due variabili \var{argc} e \var{argv}
+passate a \func{main} (vedi \secref{sec:proc_main}) ed una stringa che indica
+quali sono le opzioni valide; la funzione effettua la scansione della lista
+degli argomenti ricercando ogni stringa che comincia con \cmd{-} e ritorna ogni
+volta che trova una opzione valida.
-La stringa \texttt{optstring} indica quali sono le opzioni riconosciute ed è
+La stringa \var{optstring} indica quali sono le opzioni riconosciute ed è
costituita da tutti i caratteri usati per identificare le singole opzioni, se
l'opzione ha un parametro al carattere deve essere fatto seguire un segno di
-due punti \texttt{:} nel caso appena accennato ad esempio la stringa di
-opzioni sarebbe \texttt{"r:m"}.
-
-La modalità di uso è pertanto quella di chiamare più volte la funzione
-all'interno di un ciclo di while fintanto che essa non ritorna il valore
-\texttt{-1} che indica che non ci sono più opzioni. Nel caso si incontri
-un'opzione non dichiarata in \texttt{optstring} viene ritornato un \texttt{?}
-mentre se l'opzione non è seguita da un parametro viene ritornato un
-\texttt{:} infine se viene incontrato il valore \texttt{--} la scansione viene
-considerata conclusa.
-
-Quando la funzione trova un'opzione essa ritorna il valore numerico del
-carattere, in questo modo si possono prendere le azioni relative usando un
-case; la funzione inizializza inoltre alcune variabili globali:
-\begin{itemize}
-\item \texttt{char * optarg} contiene il puntatore alla stringa argomento
- dell'opzione.
-\item \texttt{int optind} alla fine della scansione restituisce l'indice del
- primo argomento che non è un'opzione.
-\item \texttt{int opterr} previene, se posto a zero, la stampa di un messaggio
- di errore in caso di riconoscimento di opzioni non definite.
-\item \texttt{int optopt} contiene il carattere dell'opzione non riconosciuta.
-\end{itemize}
-
-In \nfig\ è mostrato un programma di esempio,
+due punti \var{':'}, nel caso appena accennato ad esempio la stringa di
+opzioni sarebbe \var{"r:m"}.
+
+La modalità di uso di \func{getopt} è pertanto quella di chiamare più volte la
+funzione all'interno di un ciclo fintanto che essa non ritorna il valore -1
+che indica che non ci sono più opzioni. Nel caso si incontri un'opzione non
+dichiarata in \var{optstring} viene ritornato il carattere \texttt{'?'}
+mentre se un opzione che lo richiede non è seguita da un parametro viene
+ritornato il carattere \texttt{':'}, infine se viene incontrato il valore
+\cmd{--} la scansione viene considerata conclusa, anche se vi sono altri
+elementi di \var{argv} che cominciano con il carattere \texttt{'-'}.
\begin{figure}[htbp]
\footnotesize
\begin{lstlisting}{}
opterr = 0; /* don't want writing to stderr */
- while ( (i = getopt(argc, argv, "o:a:i:hve")) != -1) {
+ while ( (i = getopt(argc, argv, "hp:c:e:")) != -1) {
switch (i) {
- case 'i': /* input file */
- in_file=open(optarg,O_RDONLY);
- if (in_file<0) {
- perror("Cannot open input file");
- exit(1);
- }
- break;
- case 'o': /* output file (overwrite) */
- out_file=open(optarg,O_WRONLY|O_CREAT);
- if (out_file<0) {
- perror("Cannot open output file");
- exit(1);
- }
- break;
+ /*
+ * Handling options
+ */
+ case 'h': /* help option */
+ printf("Wrong -h option use\n");
+ usage();
+ return -1;
break;
- case 'a': /* output file (append) */
- out_file=open(optarg,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND);
+ case 'c': /* take wait time for childen */
+ wait_child = strtol(optarg, NULL, 10); /* convert input */
break;
- case 'h': /* print help usage */
- usage();
+ case 'p': /* take wait time for childen */
+ wait_parent = strtol(optarg, NULL, 10); /* convert input */
break;
- case 'v': /* set verbose mode */
- debug("Option -v active\n");
- verbose=1;
+ case 'e': /* take wait before parent exit */
+ wait_end = strtol(optarg, NULL, 10); /* convert input */
break;
case '?': /* unrecognized options */
printf("Unrecognized options -%c\n",optopt);
usage();
default: /* should not reached */
- debug("default option\n");
usage();
}
}
\label{fig:proc_options_code}
\end{figure}
+Quando la funzione trova un'opzione essa ritorna il valore numerico del
+carattere, in questo modo si possono prendere le azioni relative usando uno
+\func{switch}; la funzione inizializza inoltre alcune variabili globali:
+\begin{itemize*}
+\item \var{char * optarg} contiene il puntatore alla stringa parametro
+ dell'opzione.
+\item \var{int optind} alla fine della scansione restituisce l'indice del
+ primo elemento di \var{argv} che non è un'opzione.
+\item \var{int opterr} previene, se posto a zero, la stampa di un messaggio
+ di errore in caso di riconoscimento di opzioni non definite.
+\item \var{int optopt} contiene il carattere dell'opzione non riconosciuta.
+\end{itemize*}
+
+In \figref{fig:proc_options_code} è mostrata la sezione del programma
+\file{ForkTest.c} (che useremo nel prossimo capitolo per effettuare dei test
+sulla creazione dei processi) deputata alla decodifica delle opzioni a riga di
+comando.
+
+Anzitutto si può notare che si è anzitutto (\texttt{\small 1}) disabilitata la
+stampa di messaggi di errore per opzioni non riconosciute, per poi passare al
+ciclo per la verifica delle opzioni (\texttt{\small 2-27}); per ciascuna delle
+opzioni possibili si è poi provveduto ad una opportuna azione, ad esempio per
+le tre opzioni che prevedono un parametro si è effettuata la decodifica del
+medesimo, il cui indirizzo è contenuto nella variabile \var{optarg},
+avvalorando la relativa variabile (\texttt{\small 12-14}, \texttt{\small
+ 15-17} e \texttt{\small 18-20}). Completato il ciclo troveremo in
+\var{optind} l'indice in \var{argv[]} del primo degli argomenti a linea di
+comando restanti.
+
+Normalmente \func{getopt} compie una permutazione degli elementi di \var{argv}
+così che alla fine della scansione gli elementi che non sono opzioni sono
+spostati in coda al vettore. Oltre a questa esistono altre due modalità di
+gestire gli elementi di \var{argv}; se \var{optstring} inizia con il carattere
+\texttt{'+'} (o è settata la variabile di ambiente \macro{POSIXLY\_CORRECT})
+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 \var{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 \var{argv}.
+
+
\subsection{Opzioni in formato esteso}
\label{sec:proc_opt_extended}
Un'estensione di questo schema è costituito dalle cosiddette
-\textit{long-options} espresse nella forma \texttt{--option=parameter}, anche
-la gestione di queste ultime è stata standardizzata attraverso l'uso di una
-versione estesa di \texttt{getopt}.
+\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: da finire).
\subsection{Le variabili di ambiente}
-\label{sec:proc_env_var}
+\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
+(\textit{environment list}) messa a disposizione dal processo, e costruita
+nella chiamata alla funzione \func{exec} quando questo viene lanciato.
+
+Come per la lista dei parametri anche questa lista è un array di puntatori a
+caratteri, ciascuno dei quali punta ad una stringa (terminata da un
+\macro{NULL}). A differenza di \var{argv[]} però in questo caso non si ha una
+lunghezza dell'array data da un equivalente di \var{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
+dichiarazione del tipo:
+\begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{}
+extern char ** environ;
+\end{lstlisting}
+un esempio del contenuto dell'ambiente, in si è riportato un estratto delle
+variabili che normalmente sono definite dal sistema, è riportato in \nfig.
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=11cm]{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 \curfig, sono definite dal sistema per essere usate da diversi programmi e
+funzioni: per queste c'è l'ulteriore convenzione di usare nomi espressi in
+caratteri maiuscoli.
+
+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
+costituiscono un modo comodo per definire un comportamento specifico senza
+dover ricorrere all'uso di opzioni a linea di comando o di file di
+configurazione.
+
+La shell ad esempio ne usa molte per il suo funzionamento (come \var{PATH} per
+la ricerca dei comandi), e alcune di esse (come \var{HOME}, \var{USER}, etc.)
+sono definite al login. In genere è cura dell'amministratore definire le
+opportune variabili di ambiente in uno script di avvio. Alcune servono poi
+come riferimento generico per molti programmi (come \var{EDITOR} che indica
+l'editor preferito da invocare in caso di necessità).
+
+Gli standard POSIX e XPG3 definiscono alcune di queste variabili (le più
+comuni), come riportato in \ntab. GNU/Linux le supporta tutte e ne definisce
+anche altre: per una lista più completa si può controllare \cmd{man environ}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \begin{tabular}[c]{|l|c|c|c|p{6cm}|}
+ \hline
+ \textbf{Variabile} & POSIX & XPG & Linux & \textbf{Descrizione} \\
+ \hline
+ \hline
+ \macro{USER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Nome utente\\
+ \macro{LOGNAME} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Nome utente\\
+ \macro{HOME} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ &
+ Directory base dell'utente\\
+ \macro{LANG} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Localizzazione\\
+ \macro{PATH} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Elenco delle directory
+ dei programmi\\
+ \macro{PWD} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Directory corrente\\
+ \macro{SHELL} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Shell in uso\\
+ \macro{TERM} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Tipo di terminale\\
+ \macro{PAGER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Programma per vedere i
+ testi\\
+ \macro{EDITOR} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Editor di default\\
+ \macro{BROWSER} & $\bullet$ & $\bullet$ & $\bullet$ & Browser di default\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Variabile di ambiente più comuni definite da vari standard}
+ \label{tab:proc_env_var}
+\end{table}
+
+Lo standard ANSI C, pur lasciando alle varie implementazioni i contenuti,
+definisce la funzione \func{getenv} che permetta di ottenere i valori delle
+varibili di ambiente, il suo prototipo è:
+
+\begin{prototype}{stdlib.h}{char *getenv(const char *name)}
+ Esamina l'ambiente del processo cercando una stringa che corrisponda a
+ quella specificata da \param{name}.
+
+ La funzione \macro{NULL} se non trova nulla, o il puntatore alla stringa che
+ corrisponde (di solito nella forma \texttt{NOME=valore}).
+\end{prototype}
+
+
+
+\section{Problematiche di programmazione generica}
+\label{sec:proc_gen_prog}
+
+Benché questo non sia un libro di C, è opportuno affrontare alcune delle
+problematiche generali che possono emergere nella programmazione e di quali
+precauzioni o accorgimenti occorre prendere per risolverle. Queste
+problematiche non sono specifiche di sistemi unix-like o multitasking, ma
+avendo trattato in questo capitolo il comportamento dei processi visti come
+entità a se stanti, le riportiamo qui.
+
+
+\subsection{Il passaggio delle variabili e dei valori di ritorno}
+\label{sec:proc_var_passing}
+
+Una delle caratteristiche standard del C è che le variabili vengono passate
+alle subroutine attraverso un meccanismo che viene chiamato \textit{by value}
+(diverso ad esempio da quanto avviene con il Fortran, dove le variabili sono
+passate, come suol dirsi, \textit{by reference}, o dal C++ dove la modalità
+del passaggio può essere controllata con l'operatore \cmd{\&}).
+
+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
+occorre preoccuparsi di eventuali effetti delle operazioni della subroutine
+sulla variabile passata come parametro.
+
+Questo però va inteso nella maniera corretta. Il passaggio \textit{by value}
+vale per qualunque variabile, puntatori compresi; quando però in una
+subroutine si usano dei puntatori (ad esempio per scrivere in un buffer) in
+realtà si va a modificare la zona di memoria a cui essi puntano, per cui anche
+se i puntatori sono copie, i dati a cui essi puntano sono sempre gli stessi, e
+le eventuali modifiche avranno effetto e saranno visibili anche nella routine
+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 parametri; in genere le
+informazioni a riguardo dei risultati vengono passate alla routine 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 parametri. Per far
+questo si usa il cosiddetto \textit{value result argument}, si passa cioè,
+invece di una normale variabile un puntatore; vedremo alcuni esempi di questa
+modalità nelle funzioni che gestiscono i socket (in
+\secref{sec:TCPel_functions}) in cui, per permettere al kernel di restituire
+informazioni sulle dimensioni delle strutture degli indirizzi utilizzate,
+viene usato questo meccanismo.
+
+
+\subsection{Potenziali problemi con le variabili automatiche}
+\label{sec:proc_auto_var}
+
+Uno dei possibili problemi che si possono avere con le subroutine è quello di
+restituire alla funzione chiamante dei dati che sono contenuti in una
+variabile automatica. Ovviamente quando la subroutine ritorna la sezione
+dello stack che conteneva la variabile automatica potrà essere riutilizzata da
+una nuova funzione, con le conseguenze immaginabili di sovrapposizione.
+
+Per questo una delle regole fondamentali della programmazione in C è che
+all'uscita di una funzione non deve restare nessun riferimento a variabili
+locali di quella funzione; qualora necessiti di utilizzare variabili che
+possano essere viste anche dalla funzione chiamante queste devono essere
+allocate esplicitamente, o in maniera statica (usando variabili di tipo
+\type{static} o \type{extern}), o dinamicamente con una delle funzioni della
+famiglia \func{malloc}.
+
+\subsection{Il controllo di flusso non locale}
+\label{sec:proc_longjmp}
+
+Il controllo del flusso di un programma in genere viene effettuato con le
+varie istruzioni del linguaggio C, la più bistrattata delle quali è il
+\func{goto}, ampiamente deprecato in favore di costrutti più puliti; esiste
+però un caso in l'uso di questa istruzione porta all'implementazione più
+efficiente, quello dell'uscita in caso di errore.
+
+Il C però non consente di effettuare un salto ad una label definita in
+un'altra funzione, per cui se l'errore avviene in funzioni profondamente
+annidate occorre usare la funzioni \func{setjmp} e \func{longjmp}, il cui
+prototipo è:
+\begin{functions}
+ \headdecl{setjmp.h}
+ \funcdecl{void setjmp(jmp\_buf env)}
+
+ La funzione salva il contesto dello stack in \param{env} per un successivo
+ uso da parte di \func{longjmp}. Il contesto viene invalidato se la routine
+ che ha chiamato \func{setjmp} ritorna.
+
+ La funzione ritorna zero quando è chiamata direttamente e un valore diverso
+ da zero quando ritorna da una chiamata di \func{longjmp} che usa il contesto
+ salvato in predenza.
+
+ \funcdecl{void longjmp(jmp\_buf env, int val)}
+
+ Ripristina il contesto dello stack salvato dall'ultima chiamata di
+ \func{setjmp} con l'argomento \param{env}. Il programma prosegue dal ritorno
+ di \func{setjmp} con un valore \param{val}. Il valore di \param{val} deve
+ essere diverso da zero, se viene specficato 0 sarà usato 1 al suo posto.
+
+ La funzione non ritorna.
+\end{functions}
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