\label{cha:TCP_advanced}
Esamineremo in questo capitolo le funzionalità più evolute della gestione dei
-socket TCP.
+socket TCP, come l'uso del I/O multiplexing (trattato in
+\secref{sec:file_multiplexing}) con i socket, l'uso delle opzioni dei socket e
+la gestione dei dati urgenti e \textit{out-of-band}.
-\section{Socket multiplexing}
+\section{Socket I/O multiplexing}
\label{sec:TCP_sock_multiplexing}
Affronteremo in questa sezione l'utilizzo dell'I/O multiplexing, affrontato in
\secref{sec:file_multiplexing}, nell'ambito delle applicazioni di rete. Già in
-\ref{sec:TCP_server_crash} era emerso il problema relativo al client del
+\secref{sec:TCP_server_crash} era emerso il problema relativo al client del
servizio echo che non era in grado di accorgersi della terminazione precoce
-del server essendo bloccato nella lettura dei dati immessi da tastiera.
+del server, essendo bloccato nella lettura dei dati immessi da tastiera.
Abbiamo visto in \secref{sec:file_multiplexing} quali sono le funzionalità del
sistema che ci permettono di tenere sotto controllo più file descriptor in
contemporanea; in quella occasione non abbiamo fatto esempi, in quanto quando
-si tratta con file normali questa tipologia di I/O non viene usata, è invece
-un caso tipico delle applicazioni di rete quello di dover gestire varie
-connessioni da cui possono arrivare dati comuni in maniera asincrona, per cui
-riprenderemo l'argomento in questa sezione.
+si tratta con file normali questa tipologia di I/O normalmente non viene
+usata, è invece un caso tipico delle applicazioni di rete quello di dover
+gestire varie connessioni da cui possono arrivare dati comuni in maniera
+asincrona, per cui riprenderemo l'argomento in questa sezione.
-
-\subsection{La funzione \func{select} con i socket.}
+\subsection{Il comportamento della funzione \func{select} con i socket.}
\label{sec:TCP_sock_select}
-
-
-
Iniziamo con la prima delle funzioni usate per l'I/O multiplexing,
-\func{select}, il suo funzionamento è già stato descritto in dettaglio in
-\secref{sec:file_multiplexing}; e sappiamo che la funzione ritorna quando uno
-o più dei file descriptor messi sotto controllo è pronto per la relativa
-operazione.
+\func{select}; il suo funzionamento è già stato descritto in dettaglio in
+\secref{sec:file_multiplexing} e non staremo a ripetere quanto detto lì;
+sappiamo che la funzione ritorna quando uno o più dei file descriptor messi
+sotto controllo è pronto per la relativa operazione.
In quell'occasione non abbiamo però definito cosa si intende per pronto,
-infatti se per dei normali file, o anche per delle pipe, la condizione di
-essere pronti per la lettura o la scrittura è ovvia, lo è un po' meno di meno
-nel caso dei socket, visto che intervengono tutte le possibili condizioni
-dovute alla rete. Occorre allora specificare quali sono le condizioni in cui
-un socket risulta \textsl{pronto}.
-
-
-
+infatti per dei normali file, o anche per delle pipe, la condizione di essere
+pronti per la lettura o la scrittura è ovvia; invece lo è molto meno nel caso
+dei socket, visto che possono intervenire tutte una serie di possibili
+condizioni di errore dovute alla rete. Occorre allora specificare chiaramente
+quali sono le condizioni per cui un socket risulta essere ``\textsl{pronto}''
+quando viene passato come membro di uno dei tre \textit{file descriptor set}
+usati da \func{select}.
+
+Le condizioni che fanno si che la funzione \func{select} ritorni segnalando
+che un socket (che sarà riportato nel primo insieme di file descriptor) è
+pronto per la lettura sono le seguenti:
+\begin{itemize*}
+\item nel buffer di ricezione del socket sono arrivati dei dati in quantità
+ sufficiente a superare il valore di una \textsl{soglia di basso livello} (il
+ cosiddetto \textit{low watermark}). Questo valore è espresso in numero di
+ byte e può essere impostato con l'opzione del socket \const{SO\_RCVLOWAT}
+ (tratteremo le opzioni dei socket in \secref{sec:TCP_sock_options}); il suo
+ valore di default è 1 per i socket TCP e UDP. In questo caso una operazione
+ di lettura avrà successo e leggerà un numero di byte maggiore di zero.
+\item il lato in lettura della connessione è stato chiuso; si è cioè ricevuto
+ un segmento FIN (si ricordi quanto illustrato in \secref{sec:TCP_conn_term})
+ sulla connessione. In questo caso una operazione di lettura avrà successo,
+ ma non risulteranno presenti dati (in sostanza \func{read} ritornerà con un
+ valore nullo) per indicare la condizione di end-of-file.
+\item c'è stato un errore sul socket. In questo caso una operazione di lettura
+ non si bloccherà ma restituirà una condizione di errore (ad esempio
+ \func{read} restituirà -1) e imposterà la variabile \var{errno} al relativo
+ valore. Vedremo in \secref{sec:TCP_sock_options} come sia possibile estrarre
+ e cancellare errori pendenti su un socket usando l'opzione
+ \const{SO\_ERROR}.
+\item quando si sta utilizzando un \textit{listening socket} ed ci sono delle
+ connessioni completate. In questo caso la funzione \func{accept} non si
+ bloccherà.\footnote{in realtà questo non è sempre vero, come accennato in
+ \secref{sec:TCP_conn_early_abort} una connessione può essere abortita
+ dalla ricezione di un segmento RST una volta che è stata completata,
+ allora se questo avviene dopo che \func{select} è ritornata, ma prima
+ della chiamata ad \func{accept}, quest'ultima, in assenza di altre
+ connessioni, potrà bloccarsi.}
+\end{itemize*}
+
+Le condizioni che fanno si che la funzione \func{select} ritorni segnalando
+che un socket (che sarà riportato nel secondo insieme di file descriptor) è
+pronto per la scrittura sono le seguenti:
+\begin{itemize*}
+\item nel buffer di invio è disponibile una quantità di spazio superiore al
+ valore della \textsl{soglia di basso livello} in scrittura ed inoltre o il
+ socket è già connesso o non necessita (ad esempio è UDP) di connessione. Il
+ valore della soglia è espresso in numero di byte e può essere impostato con
+ l'opzione del socket \const{SO\_SNDLOWAT}; il suo valore di default è 2048
+ per i socket TCP e UDP. In questo caso una operazione di scrittura non si
+ bloccherà e restituirà un valore positivo pari al numero di byte accettati
+ dal livello di trasporto.
+\item il lato in scrittura della connessione è stato chiuso. In questo caso
+ una operazione di scrittura sul socket genererà il segnale \const{SIGPIPE}.
+\item c'è stato un errore sul socket. In questo caso una operazione di
+ scrittura non si bloccherà ma restituirà una condizione di errore ed
+ imposterà opportunamente la variabile \var{errno}. Vedremo in
+ \secref{sec:TCP_sock_options} come sia possibile estrarre e cancellare
+ errori pendenti su un socket usando l'opzione \const{SO\_ERROR}.
+\end{itemize*}
+
+Infine c'è una sola condizione che fa si che \func{select} ritorni segnalando
+che un socket (che sarà riportato nel terzo insieme di file descriptor) ha una
+condizione di eccezione pendente, e cioè la ricezione sul socket di dati
+\textsl{fuori banda} (o \textit{out-of-band}), una caratteristica specifica
+dei socket TCP su cui torneremo in \secref{sec:TCP_urgent_data}.
+
+Si noti come nel caso della lettura \func{select} si applichi anche ad
+operazioni che non hanno nulla a che fare con l'I/O di dati come il
+riconoscimento della presenza di connessioni pronte, in modo da consentire
+anche l'utilizzo di \func{accept} in modalità non bloccante. Si noti infine
+come in caso di errore un socket venga sempre riportato come pronto sia per la
+lettura che per la scrittura.
+
+Lo scopo dei due valori di soglia per i buffer di ricezione e di invio è
+quello di consentire maggiore flessibilità nell'uso di \func{select} da parte
+dei programmi, se infatti si sa che una applicazione non è in grado di fare
+niente fintanto che non può ricevere o inviare una certa quantità di dati, si
+possono utilizzare questi valori per far si che \func{select} ritorni solo
+quando c'è la certezza di avere dati a sufficienza.\footnote{questo tipo di
+ controllo è utile di norma solo per la lettura, in quanto in genere le
+ operazioni di scrittura sono già controllate dall'applicazione, che sà
+ sempre quanti dati invia, mentre non è detto possa conoscere la quantità di
+ dati in ricezione; per cui, nella situazione in cui si conosce almeno un
+ valore minimo, per evitare la penalizzazione dovuta alla ripetizione delle
+ operazioni di lettura per accumulare dati sufficienti, si può lasciare al
+ kernel il compito di impostare un minimo al di sotto del quale il file
+ descriptor, pur avendo disponibili dei dati, non viene dato per pronto in
+ lettura.}
+
+
+
+\subsection{Un esempio di I/O multiplexing}
+\label{sec:TCP_multiplex_example}
+
+Abbiamo incontrato la problematica tipica che conduce all'uso dell'I/O
+multiplexing nella nostra analisi degli errori in
+\secref{sec:TCP_conn_early_abort}, quando il nostro client non era in grado di
+rendersi conto di errori sulla connessione essendo impegnato nella attesa di
+dati in ingresso dallo standard input.
+
+In questo caso il problema è quello di dover tenere sotto controllo due
+diversi file descriptor, lo standard input, da cui viene letto il testo che
+vogliamo inviare al server, e il socket connesso con il server su cui detto
+testo sarà scritto e dal quale poi si vorrà ricevere la risposta. L'uso
+dell'I/O multiplexing consente di tenere sotto controllo entrambi, senza
+restare bloccati.
+
+Nel nostro caso quello che ci interessa è non essere bloccati in lettura sullo
+standard input in caso di errori sulla connessione o chiusura della stessa da
+parte del server. Entrambi questi casi possono essere rilevati usando
+\func{select}, per quanto detto in \secref{sec:TCP_sock_select}, mettendo
+sotto osservazione i file descriptor per la condizione di essere pronti in
+lettura: sia infatti che si ricevano dati, che la connessione sia chiusa
+regolarmente (con la ricezione di un segmento FIN) che si riceva una
+condizione di errore (con un segmento RST) il socket connesso sarà pronto in
+lettura (nell'ultimo caso anche in scrittura, ma questo non è necessario ai
+nostri scopi).
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15.6cm}
+ \includecodesample{listati/ClientEcho_third.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La sezione nel codice della terza versione della funzione
+ \func{ClientEcho} usata dal client per il servizio \textit{echo}
+ modificata per l'uso di \func{select}.}
+ \label{fig:TCP_ClientEcho_third}
+\end{figure}
+
+Riprendiamo allora il codice del client, modificandolo per l'uso di
+\func{select}. Quello che dobbiamo modificare è la funzione \func{ClientEcho}
+di \figref{fig:TCP_ClientEcho_second}, dato che tutto il resto, che riguarda
+le modalità in cui viene stabilita la connessione con il server, resta
+assolutamente identico. La nostra nuova versione di \func{ClientEcho}, la
+terza della serie, è riportata in \figref{fig:TCP_ClientEcho_third}.
+
+In questo caso la funzione comincia (\texttt{\small 8--9}) con la
+cancellazione del file descriptor set \var{fset} e del valore \var{maxfd} da
+passare a \func{select} come massimo per il numero dei file descriptor. Per
+quest'ultimo si usa la macro \code{max} definita nel nostro file
+\file{macro.h} che raccoglie una collezione di macro di preprocessore di varia
+utilità.
+
+La funzione prosegue poi (\texttt{\small 10--41}) con il ciclo principale, che
+viene ripetuto indefinitamente. Per ogni ciclo si reinizializza
+(\texttt{\small 11--12}) il file descriptor set, impostando i valori per il
+file descriptor associato al socket \var{socket} e per lo standard input (il
+cui valore si recupera con la funzione \func{fileno}). Questo è necessario in
+quanto la successiva (\texttt{\small 13}) chiamata a \func{select} comporta
+una modifica dei due bit relativi, che quindi devono essere reimpostati.
+
+Si noti come la chiamata a \func{select} venga eseguita usando come primo
+argomento il valore di \var{maxfd}, precedentemente calcolato, passando poi il
+solo file descriptor set per il controllo dell'attività in lettura, gli altri
+argomenti sono tutti passati come puntatori nulli non interessando né il
+controllo delle altre attività, né l'impostazione di un valore di timeout.
+
+Al ritorno di \func{select} si provvede a controllare quale dei file
+descriptor presneta attività, si comincia (\texttt{\small 14--24}) con il file
+descriptor associato allo standard input. In caso di attività (quando cioè
+\macro{FD_ISSET} ritorna una valore diverso da zero) si esegue (\texttt{\small
+ 15}) una \func{fgets} per leggere gli eventuali dati presenti; se non ve ne
+sono (e la funzione restituisce pertanto un puntatore nullo) si ritorna
+immediatamente (\texttt{\small 16}) dato che questo significa che si è chiuso
+lo standard input; altrimenti (\texttt{\small 18--22}) si scrivono i dati sul
+socket, uscendo immediatamente in caso di errore di scrittura.
+
+Controllato lo standard input si passa a controllare (\texttt{\small 25--40})
+il socket connesso, in caso di attività si esegue (\texttt{\small 26}) subito
+una \func{read} di cui si controlla il valore di ritorno; se questo è negativo
+(\texttt{\small 27--30}) si è avuto un errore e pertanto si esce
+immediatamente segnalandolo, se è nullo (\texttt{\small 31--34})
\section{Le opzioni dei socket}
\label{sec:TCP_sock_options}
Dato che la maggior parte delle opzioni dei socket sono relative ai socket
-TCP, ed hanno poi significato analogo quando usate con altri socket,
-tratteremo qui l'argomento in generale.
+TCP, ed hanno poi significato analogo quando usate con altri socket, abbiamo
+preferito trattare l'argomento in generale in questa sezione piuttosto che nel
+capitolo dedicato alla trattazione generica dei socket.
\section{I dati \textit{out-of-band}}
-\label{sec:TCP_outofband}
+\label{sec:TCP_urgent_data}
Una caratteristica speciale dei socket TCP è quella della presenza dei
cosiddetti dati \textit{out-of-band}
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