X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=fileadv.tex;h=3d1c9f85c65c7571f55ff6e9e6587a33622872f8;hp=349d1573bc11750f46e04bef05be284bfbc8c180;hb=d7d656d5cd4969c58126d2c35950a607c282e330;hpb=52f9927779abf41607e5f7741a9aa978ac23d6e1 diff --git a/fileadv.tex b/fileadv.tex index 349d157..3d1c9f8 100644 --- a/fileadv.tex +++ b/fileadv.tex @@ -33,7 +33,8 @@ affrontare nelle operazioni di I/O, che devono eseguire operazioni che possono bloccarsi su più file descriptor: mentre si è bloccati su uno di essi su di un'altro potrebbero essere presenti dei dati; così che nel migliore dei casi si avrebbe una lettura ritardata -inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un deadlock. +inutilmente, e nel peggiore si potrebbe addirittura arrivare ad un +\textit{deadlock}. Abbiamo già accennato in \secref{sec:file_open} che è possibile prevenire questo tipo di comportamento aprendo un file in modalità @@ -976,7 +977,8 @@ come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o pi riportati sul file. Ne viene fatta una copia privata cui solo il processo chiamante ha accesso. Le modifiche sono mantenute attraverso - il meccanismo del \textit{copy on write} e + il meccanismo del + \textit{copy on write}\index{copy on write} e salvate su swap in caso di necessità. Non è specificato se i cambiamenti sul file originale vengano riportati sulla regione @@ -988,7 +990,8 @@ come maschera binaria ottenuta dall'OR di uno o pi \macro{MAP\_EXECUTABLE}& Ignorato. \\ \macro{MAP\_NORESERVE} & Si usa con \macro{MAP\_PRIVATE}. Non riserva delle pagine di swap ad uso del meccanismo di - \textit{copy on write} per mantenere le + \textit{copy on write}\index{copy on write} + per mantenere le modifiche fatte alla regione mappata, in questo caso dopo una scrittura, se non c'è più memoria disponibile, si ha l'emissione di @@ -1234,8 +1237,8 @@ sovrapposizioni, e garantire la atomicit La prima modalità di file locking che è stata implementata nei sistemi unix-like è quella che viene usualmente chiamata \textit{advisory - locking},\footnote{Stevens in APUE fa riferimento a questo argomento come al - \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle + locking},\footnote{Stevens in \cite{APUE} fa riferimento a questo argomento + come al \textit{record locking}, dizione utilizzata anche dal manuale delle \acr{glibc}; nelle pagine di manuale si parla di \textit{discretionary file lock} per \func{fcntl} e di \textit{advisory locking} per \func{flock}, mentre questo nome viene usato anche da Stevens per riferirsi al @@ -1272,7 +1275,7 @@ sono implementati in maniera completamente indipendente nelle due interfacce, che pertanto possono coesistere senza interferenze. Entrambe le interfacce prevedono la stessa procedura di funzionamento: si -inizia sempre con il richiere l'opportuno \textit{file lock} (un +inizia sempre con il richiedere l'opportuno \textit{file lock} (un \textit{exclusive lock} per una scrittura, uno \textit{shared lock} per una lettura) prima di eseguire l'accesso ad un file. Se il lock viene acquisito il processo prosegue l'esecuzione, altrimenti (a meno di non aver richiesto un @@ -1286,7 +1289,6 @@ gi \subsection{La funzione \func{flock}} \label{sec:file_flock} - La prima interfaccia per il file locking, quella derivata da BSD, permette di eseguire un blocco solo su un intero file; la funzione usata per richiedere e rimuovere un \textit{file lock} è \func{flock}, ed il suo prototipo è: @@ -1330,14 +1332,14 @@ costanti riportate in \tabref{tab:file_flock_operation}. I primi due valori, \macro{LOCK\_SH} e \macro{LOCK\_EX} permettono di richiedere un \textit{file lock}, ed ovviamente devono essere usati in maniera alternativa. Se si specifica anche \macro{LOCK\_NB} la funzione non si -bloccherà qualora il lock non possa essere aqcuisito, ma ritornerà subito con +bloccherà qualora il lock non possa essere acquisito, ma ritornerà subito con un errore di \macro{EWOULDBLOCK}. Per rilasciare un lock si dovrà invece usare \macro{LOCK\_NB}. La semantica del file locking di BSD è diversa da quella del file locking POSIX, in particolare per quanto riguarda il comportamento dei lock nei confronti delle due funzioni \func{dup} e \func{fork}. Per capire queste -differenze occore prima descrivere con maggiore dettaglio come viene +differenze occorre prima descrivere con maggiore dettaglio come viene realizzato il file locking nel kernel. In \figref{fig:file_flock_struct} si è riportato uno schema essenziale @@ -1397,16 +1399,21 @@ condividono la stessa voce nella file table, e quindi, nel caso di file descriptor ereditati attraverso una \func{fork}, anche su processi diversi. Infine, per evitare che la terminazione imprevista di un processo lasci attivi -dei file lock, è previsto che quando un file viene chiuso il kernel provveda -anche a rimuovere tutti i lock ad esso associati. Anche in questo caso occorre -tenere presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal -caso infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il lock rimosso) -fintanto che non viene rilasciata la relativa voce nella file table; la -rimozione cioè avverrà solo quando tutti i file descriptor che fanno -riferimento alla stessa voce sono stati chiusi, quindi, nel caso ci siano -processi figli che mantengono ancora aperto un file descriptor, il lock non -sarà rilasciato. +dei file lock, quando un file viene chiuso il kernel provveda anche a +rimuovere tutti i lock ad esso associati. Anche in questo caso occorre tenere +presente cosa succede quando si hanno file descriptor duplicati; in tal caso +infatti il file non verrà effettivamente chiuso (ed il lock rimosso) fintanto +che non viene rilasciata la relativa voce nella file table; la rimozione cioè +avverrà solo quando tutti i file descriptor che fanno riferimento alla stessa +voce sono stati chiusi, quindi, nel caso ci siano processi figli che +mantengono ancora aperto un file descriptor, il lock non sarà rilasciato. +Si tenga presente che \func{flock} non è in grado di funzionare per i file +mantenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di eseguire il +\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia basata su \func{fcntl} che +può funzionare anche attraverso NFS, a condizione che sia il client che il +server supportino questa funzionalità. + \subsection{Il file locking POSIX} \label{sec:file_posix_lock} @@ -1414,8 +1421,8 @@ sar La seconda interfaccia per l'\textit{advisory locking} disponibile in Linux è quella standardizzata da POSIX, basata sulla funzione \func{fcntl}. Abbiamo già trattato questa funzione nelle sue molteplici funzionalità in -\secref{sec:file_fcntl}, quando la si impiega per il \textit{file locking} -però essa viene usata secondo il prototipo: +\secref{sec:file_fcntl}; quando la si impiega per il \textit{file locking} +però essa viene usata solo secondo il prototipo: \begin{prototype}{fcntl.h}{int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)} Applica o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}. @@ -1440,21 +1447,13 @@ per } \end{prototype} -Si tenga presente che \func{flock} non è in grado di funzionare per i file -manetenuti su NFS, in questo caso, se si ha la necessità di eseguire il -\textit{file locking}, occorre usare l'interfaccia basata su \func{fcntl} che -può funzionare anche attraverso NFS, a condizione che sia il client che il -server supportino questa funzionalità. - -La standardizzatione operata con POSIX.1 ha adottato le API per il -\textit{file locking} originarie di System V, basate sulla funzione - - - -Al contrario di \func{flock} con \func{fcntl} è possibile bloccare anche solo -delle sezioni di un file. La funzione prende come argomento una struttura -\var{flock} la cui definizione è riportata in \figref{fig:struct_flock}. - +Al contrario di quanto avviene con l'interfaccia basata su \func{flock} con +\func{fcntl} è possibile bloccare anche delle singole sezioni di un file; +inoltre la funzione permette di leggere le informazioni relative ai blocchi +esistenti. Per poter fare tutto questo la funzione utilizza come terzo +argomento una apposita struttura \var{flock} (la cui definizione è riportata +in \figref{fig:struct_flock}) che contiene tutte le specifiche di un dato file +lock. \begin{figure}[!htb] \footnotesize \centering @@ -1475,6 +1474,166 @@ struct flock { \label{fig:struct_flock} \end{figure} +L'operazione effettivamente svolta dalla funzione è stabilita dal valore +dall'argomento \param{cmd} che, come già riportato in \secref{sec:file_fcntl}, +specifica l'azione da compiere; i valori relativi al file locking sono tre: +\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.0cm}} +\item[\macro{F\_GETLK}] verifica se il file lock specificato dalla struttura + puntata da \param{lock} non è bloccato da qualche altro lock: in caso + affermativo sovrascrive la struttura con i valori relativi a quest'ultimo, + altrimenti si limita a impostarne il campo \var{l\_type} con + \macro{F\_UNLCK}. +\item[\macro{F\_SETLK}] se il campo \var{l\_type} della struttura puntata da + \param{lock} è \macro{F\_RDLCK} o \macro{F\_WRLCK} richiede il + corrispondente file lock, se è \macro{F\_UNLCK} lo rilascia. Nel caso la + richiesta non possa essere soddisfatta a causa di un lock preesistente la + funzione ritorna immediatamente con un errore di \macro{EACCES} o di + \macro{EAGAIN}. +\item[\macro{F\_SETLKW}] è identica a \macro{F\_SETLK}, ma se la richiesta di + un lock non può essere soddisfatta per la presenza di un altro blocco, mette + il processo in stato di attesa fintanto che il lock precedente non viene + rilasciato. Se l'attesa viene interrotta da un segnale la funzione ritorna + con un errore di \macro{EINTR}. +\end{basedescript} + +Come accennato nell'interfaccia POSIX ogni file lock viene associato ad una +struttura \func{flock}; i tre campi \var{l\_whence}, \var{l\_start} e +\var{l\_len}, servono a specificare la sezione del file a cui fa riferimento +il lock, \var{l\_start} specifica il byte di partenza, e \var{l\_len} la +lunghezza della sezione; \var{l\_whence} infine imposta il riferimento da cui +contare \var{l\_start} e segue la stessa semantica dell'omonimo argomento di +\func{lseek}, coi tre possibili valori \macro{SEEK\_SET}, \macro{SEEK\_CUR} e +\macro{SEEK\_END} (si vedano le relative descrizioni in +\secref{sec:file_lseek}). + +Si tenga presente che un lock può essere richiesto anche per una regione al di +là della corrente fine del file, così che una eventuale estensione dello +stesso resti coperta dal blocco. Se si specifica un valore nullo per +\var{l\_len} il blocco si considera esteso fino alla dimensione massima del +file; in questo modo è possibile bloccare una qualunque regione a partire da +un certo punto fino alla fine del file, coprendo automaticamente quanto +eventualmente aggiunto in coda allo stesso. + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|l|} + \hline + \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\ + \hline + \hline + \macro{F\_RDLCK} & Richiede un blocco condiviso (\textit{read lock}).\\ + \macro{F\_WRLCK} & Richiede un blocco esclusivo (\textit{write lock}).\\ + \macro{F\_UNLCK} & Richiede l'eliminazione di un lock.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Valori possibili per il campo \var{l\_type} di \func{flock}.} + \label{tab:file_flock_type} +\end{table} + +Il tipo di file lock richiesto viene specificato dal campo \var{l\_type}, esso +può assumere i tre valori riportati in \tabref{tab:file_flock_type}, che +permettono di richiedere rispettivamente uno \textit{shared lock}, un +\textit{esclusive lock}, e la rimozione di un lock precedentemente acquisito. + +\begin{figure}[htb] + \centering + \includegraphics[width=13cm]{img/file_posix_lock} + \caption{Schema dell'architettura del file locking, nel caso particolare + del suo utilizzo secondo l'interfaccia standard POSIX.} + \label{fig:file_posix_lock} +\end{figure} + +Infine il campo \var{l\_pid} riporta (viene usato solo in lettura, quando si +chiama \func{fcntl} con \macro{F\_GETLK}) qual'è il processo cui appartiene il +file lock. Nella semantica POSIX infatti il comportamento dei lock è diverso +rispetto a quanto visto in precedenza per \func{flock}. Lo schema della +struttura usata in questo caso è riportato in \figref{fig:file_posix_lock}; +come si vede essa è molto simile a quanto visto in +\figref{fig:file_flock_struct} per \func{flock}:\footnote{in questo caso si + sono evidenziati nella figura i campi di \var{file\_lock} significativi per + la semantica POSIX, in particolare adesso ciascun lock contiene, oltre al + \acr{pid} del processo in \var{fl\_pid}, la sezione di file che viene + bloccata grazie ai campi \var{fl\_start} e \var{fl\_end}. La struttura è + comunque la stessa, solo che in questo caso nel campo \var{fl\_flags} è + impostato il bit \macro{FL\_POSIX} ed il campo \var{fl\_file} non viene + usato.} il lock è sempre associato all'inode, solo che in questo caso la +titolarità non viene identificata con il riferimento ad una voce nella file +table, ma con il valore del \acr{pid} del processo. + +Tutto ciò significa che la rimozione di un blocco viene effettuata +controllando che il \acr{pid} del processo richiedente corrisponda a quello +contenuto nel lock. Questa diversa modalità ha delle conseguenze precise +riguardo il comportamento dei lock POSIX. La prima conseguenza è che un lock +POSIX non viene mai ereditato attraverso una \func{fork}, dato che il processo +figlio avrà un \acr{pid} diverso, mentre passa indenne attraverso una +\func{exec} in quanto il \acr{pid} resta lo stesso. Questo comporta che, al +contrario di quanto avveniva con la semantica BSD, quando processo termina +tutti i file lock da esso detenuti vengono immediatamente rilasciati. + +La seconda conseguenza è che qualunque file descriptor che faccia riferimento +allo stesso file (che sia stato ottenuto con una \func{dup} o con una +\func{open} non fa differenza) può essere usato per rimuovere un lock, dato +che quello che conta è solo il \acr{pid} del processo. Da questo deriva una +ulteriore sottile differenza di comportamento: dato che alla chiusura di un +file i lock ad esso associati vengono rimossi, nella semantica POSIX basterà +chiudere un file descriptor per cancellare tutti i lock relativi al file cui +esso faceva riferimento, anche se questi fossero stati creati usando altri +file descriptor che restano aperti. + +Abbiamo visto come l'interfaccia POSIX per il file locking sia molto più +potente e flessibile di quella di BSD, ma è anche molto più complicata da +usare. Per questo motivo è disponibile anche una interfaccia semplificata +(ripresa da System V) che utilizza la funzione \func{lockf}, il cui prototipo +è: +\begin{prototype}{sys/file.h}{int lockf(int fd, int cmd, off\_t len)} + + Applica, controlla o rimuove un \textit{file lock} sul file \param{fd}. + + \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo, e -1 in caso di + errore, nel qual caso \var{errno} assumerà uno dei valori: + \begin{errlist} + \item[\macro{EAGAIN}] Non è possibile acquisire il lock, e si è + selezionato \macro{LOCK\_NB}, oppure l'operazione è proibita perché il + file è mappato in memoria. + \item[\macro{ENOLCK}] Il sistema non ha le risorse per il locking: ci sono + troppi segmenti di lock aperti, si è esaurita la tabella dei lock. + \item[\macro{EDEADLK}] Si è riconosciuta una situazione di + \textit{deadlock}. + \end{errlist} + ed inoltre \macro{EBADF}, \macro{EINVAL}. + } +\end{prototype} + +Il comportamento della funzione dipende dal valore dell'argomento \param{cmd} +che specifica quale azione eseguire; i valori possibili sono riportati in +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|l|} + \hline + \textbf{Valore} & \textbf{Significato} \\ + \hline + \hline + \macro{F\_LOCK} & Richiede un \textit{exclusive lock}. Se non può essere + ottenuto a causa di un lock preesistente la funzione + blocca il processo chiamante fino al rilascio di + quest'ultimo. \\ + \macro{F\_TLOCK}& Stesso comportamento di \macro{F\_LOCK} ma la funzione + ritorna sempre subito, segnalando un errore quando il + lock non può essere acquisito. \\ + \macro{F\_ULOCK}& Sblocca il file.\\ + \macro{F\_TEST} & Controlla il lock, la funzione restituisce 0 se il file + non ha lock, o i lock appartengono al processo corrente, + e -1, con un errore di \macro{EACCES}, se altri processi + detengono un lock sul file.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Valori possibili per il campo \var{cmd} di \func{lockf}.} + \label{tab:file_lockf_type} +\end{table} + + \subsection{Il \textit{mandatory locking}}