X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=intro.tex;h=f3b65754937c36a0b2e2240419b9b7e3f4bf5143;hp=77178be9b20963bc1475f422ef99dd8ff978c7c4;hb=5a59e67204ff436dceb6a13ed39e876aea3945a8;hpb=477c80ba90e4571eb046af49b64dba15eb5a08bf diff --git a/intro.tex b/intro.tex index 77178be..f3b6575 100644 --- a/intro.tex +++ b/intro.tex @@ -1,3 +1,13 @@ +%% intro.tex +%% +%% Copyright (C) 2000-2002 Simone Piccardi. Permission is granted to +%% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free +%% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the +%% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione", +%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the +%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation +%% License". +%% \chapter{L'architettura del sistema} \label{cha:intro_unix} @@ -52,13 +62,13 @@ all'hardware, mentre i programmi normali vengono eseguiti in modalit (e non possono accedere direttamente alle zone di memoria riservate o alle porte di input/output). -Una parte del kernel, lo \textit{scheduler}, si occupa di stabilire, ad -intervalli fissi e sulla base di un opportuno calcolo delle priorità, quale -``processo'' deve essere posto in esecuzione (il cosiddetto \textit{preemptive - scheduling}\index{preemptive scheduling}). Questo verrà comunque eseguito in -modalità protetta; quando necessario il processo potrà accedere alle risorse -hardware soltanto attraverso delle opportune chiamate al sistema che -restituiranno il controllo al kernel. +Una parte del kernel, lo \textit{scheduler}\index{scheduler}, si occupa di +stabilire, ad intervalli fissi e sulla base di un opportuno calcolo delle +priorità, quale ``processo'' deve essere posto in esecuzione (il cosiddetto +\textit{preemptive scheduling}\index{preemptive scheduling}). Questo verrà +comunque eseguito in modalità protetta; quando necessario il processo potrà +accedere alle risorse hardware soltanto attraverso delle opportune chiamate al +sistema che restituiranno il controllo al kernel. La memoria viene sempre gestita dal kernel attraverso il meccanismo della \textsl{memoria virtuale}\index{memoria virtuale}, che consente di assegnare a @@ -154,7 +164,17 @@ Ogni versione di Unix ha storicamente sempre avuto un certo numero di queste chiamate, che sono riportate nella seconda sezione del \textsl{Manuale di programmazione di Unix} (quella cui si accede con il comando \cmd{man 2 }) e Linux non fa eccezione. Queste sono poi state codificate da vari -standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}. +standard, che esamineremo brevemente in \secref{sec:intro_standard}. Uno +schema elementare della struttura del sistema è riportato in +\figref{fig:intro_sys_struct}. + +\begin{figure}[htb] + \centering + \includegraphics[width=10cm]{img/struct_sys} + \caption{Schema di massima della struttura di interazione fra processi, + kernel e dispositivi in Linux.} + \label{fig:intro_sys_struct} +\end{figure} Normalmente ciascuna di queste chiamate al sistema viene rimappata in opportune funzioni con lo stesso nome definite dentro la Libreria Standard del @@ -171,17 +191,22 @@ programma. Quanto appena illustrato mette in evidenza il fatto che nella stragrande maggioranza dei casi,\footnote{esistono implementazioni diverse delle librerie - del C, come le \textit{libc5} o le \textit{uclib}, che non derivano dal - progetto GNU, ma oggi sono, tranne casi particolari, completamente - soppiantate dalle \acr{glibc}.} si dovrebbe usare il nome GNU/Linux -(piuttosto che soltanto Linux) in quanto una parte essenziale del sistema -(senza la quale niente funzionerebbe) è la GNU Standard C Library (in breve -\acr{glibc}), ovvero la libreria realizzata dalla Free Software Foundation -nella quale sono state implementate tutte le funzioni essenziali definite -negli standard POSIX e ANSI C, utilizzabili da qualunque programma. + Standard del C, come le \textit{libc5} o le \textit{uClib}, che non derivano + dal progetto GNU. Le \textit{libc5} oggi sono, tranne casi particolari, + completamente soppiantate dalle \acr{glibc}, le \textit{uClib} pur non + essendo complete come le \acr{glibc}, restano invece molto diffuse nel mondo + embedded per le loro di dimensioni ridotte (e soprattutto la possibilità di + togliere le parti non necessearie), e pertanto costituiscono un valido + rimpiazzo delle \acr{glibc} in tutti quei sistemi specializzati che + richiedono una minima occupazione di memoria.} si dovrebbe usare il nome +GNU/Linux (piuttosto che soltanto Linux) in quanto una parte essenziale del +sistema (senza la quale niente funzionerebbe) è la GNU Standard C Library (in +breve \acr{glibc}), ovvero la libreria realizzata dalla Free Software +Foundation nella quale sono state implementate tutte le funzioni essenziali +definite negli standard POSIX e ANSI C, utilizzabili da qualunque programma. Le funzioni di questa libreria sono quelle riportate dalla terza sezione del -\textsl{Manuale di Programmazione di Unix }(cioè accessibili con il comando +\textsl{Manuale di Programmazione di Unix} (cioè accessibili con il comando \cmd{man 3 }) e sono costruite sulla base delle chiamate al sistema del kernel; è importante avere presente questa distinzione, fondamentale dal punto di vista dell'implementazione, anche se poi, nella realizzazione di normali @@ -283,31 +308,48 @@ qualunque sistema operativo. Per questo motivo, anche se lo standard non ha alcun riferimento ad un sistema di tipo Unix, GNU/Linux (per essere precisi le \acr{glibc}), come molti Unix moderni, provvede la compatibilità con questo standard, fornendo le funzioni -di libreria da esso previste. Queste sono dichiarate in quindici header file -(anch'essi provvisti dalla \acr{glibc}), uno per ciascuna delle quindici aree -in cui è stata suddivisa una libreria standard. In -\tabref{tab:intro_posix_header} si sono riportati questi header, insieme a -quelli definiti negli altri standard descritti nelle sezioni successive. +di libreria da esso previste. Queste sono dichiarate in una serie di +\textit{header file}\footnote{i file di dichiarazione di variabili, tipi e + funzioni, usati normalmente da un compilatore C. Per poter accedere alle + funzioni occorre includere con la direttiva \code{\#include} questi file nei + propri programmi; per ciascuna funzione che tratteremo in seguito + indicheremo anche gli \textit{header file} necessari ad usarla.} (anch'essi +provvisti dalla \acr{glibc}), In \tabref{tab:intro_posix_header} si sono +riportati i principali \textit{header file} definiti nello standard POSIX, +insieme a quelli definiti negli altri standard descritti nelle sezioni +successive. \begin{table}[htb] \footnotesize \centering - \begin{tabular}[c]{|l|l|} + \begin{tabular}[c]{|l|c|c|l|} \hline - \textbf{Standard} & \textbf{Contenuto} \\ + \multirow{2}{*}{\textbf{Header}}& + \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Standard}}& + \multirow{2}{*}{\textbf{Contenuto}} \\ + \cline{2-3} + & ANSI C& POSIX& \\ \hline \hline - \texttt{stdio.h} & I/O bufferizzato in standard ANSI C.\\ - \texttt{stdlib.h} & definizioni della libreria standard.\\ - \texttt{...} & Da completare.\\ + \file{assert.h}&$\bullet$&$\bullet$& Verifica le asserzioni fatte in un + programma.\\ + \file{errno.h} &$\bullet$&$\bullet$& Errori di sistema.\\ + \file{fcntl.h} &$\bullet$&$\bullet$& Controllo sulle opzioni dei file.\\ + \file{limits.h}&$\bullet$&$\bullet$& Limiti e parametri del sistema.\\ + \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\ + \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\ + \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\ + \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\ + \file{} &$\bullet$&$\bullet$& .\\ + \file{stdio.h} &$\bullet$&$\bullet$& I/O bufferizzato in standard ANSI C.\\ + \file{stdlib.h}&$\bullet$&$\bullet$& definizioni della libreria standard.\\ \hline \end{tabular} - \caption{Elenco dei vari file di include definiti dallo standard POSIX.} + \caption{Elenco dei vari header file definiti dallo standard POSIX.} \label{tab:intro_posix_header} \end{table} - In realtà \acr{glibc} ed i relativi header file definiscono un insieme di funzionalità in cui sono incluse come sottoinsieme anche quelle previste dallo standard ANSI C. È possibile ottenere una conformità stretta allo standard @@ -317,6 +359,63 @@ header file soltanto le funzionalit usare le varie estensioni al linguaggio e al preprocessore da esso supportate. +\subsection{I tipi di dati primitivi} +\label{sec:intro_data_types} + +Uno dei problemi di portabilità del codice più comune è quello dei tipi di +dati utilizzati nei programmi, che spesso variano da sistema a sistema, o +anche da una architettura ad un altra (ad esempio passando da macchine con +processori 32 bit a 64). + +Storicamente alcuni tipi di dati definiti dallo standard ANSI C sono sempre +stati associati ad alcune variabili nei sistemi Unix, ad esempio la posizione +corrente all'interno di un file è sempre stato associato ad un intero a 32 +bit, mentre il numero di dispositivo è sempre stato associato ad un intero a +16 bit. Tutto questo ovviamente costituisce un incubo per la portabilità tutte +le volte che, con l'evolversi delle piattaforme hardware, alcuni di questi +tipi si sono rivelati inadeguati, e se ne è dovuto cambiare la dimensione. + +\begin{table}[htb] + \footnotesize + \centering + \begin{tabular}[c]{|l|c|c|l|} + \hline + \textbf{Tipo} & \textbf{Contenuto} \\ + \hline + \hline + \type{caddr\_t} & core address.\\ + \type{clock\_t} & contatore del tempo di sistema.\\ + \type{dev\_t} & Numero di dispositivo.\\ + \type{gid\_t} & Identificatore di un gruppo.\\ + \type{ino\_t} & Numero di \textit{inode}.\\ + \type{key\_t} & Chiave per il System V IPC.\\ + \type{loff\_t} & Posizione corrente in un file.\\ + \type{mode\_t} & Attributi di un file.\\ + \type{nlink\_t} & Contatore dei link su un file.\\ + \type{off\_t} & Posizione corrente in un file.\\ + \type{pid\_t} & Identificatore di un processo.\\ + \type{rlim\_t} & Limite sulle risorse.\\ + \type{sigset\_t}& Insieme di segnali.\\ + \type{ssize\_t} & Dimensione di un oggetto.\\ + \type{ssize\_t} & Dimensione in numero byte ritornata dalle funzioni.\\ + \type{ptrdiff\_t}& Differenza fra due puntatori.\\ + \type{time\_t} & Numero di secondi (in tempo di calendario).\\ + \type{uid\_t} & Identificatore di un utente.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Elenco dei tipi primitivi, definiti in \file{sys/types.h}.} + \label{tab:intro_primitive_types} +\end{table} + +Per questo motivo tutte le funzioni di libreria di solito non fanno +riferimento ai tipi standard del linguaggio C, ma ad una serie di \textsl{tipi + primitivi}, riportati in \tabref{tab:intro_primitive_types}, caratteristici +di ogni sistema, definiti nell'header file \file{sys/types.h}, che associano i +tipi utilizzati dalle funzioni di sistema ai tipi elementari supportati dal +compilatore C. + + + \subsection{Lo standard IEEE -- POSIX} \label{sec:intro_posix} @@ -532,12 +631,12 @@ propri header file. Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti: \begin{basedescript}{\desclabelwidth{3cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}} -\item[\macro{\_POSIX\_SOURCE}] definendo questa macro si rendono disponibili +\item[\const{\_POSIX\_SOURCE}] definendo questa macro si rendono disponibili tutte le funzionalità dello standard POSIX.1 (la versione IEEE Standard 1003.1) insieme a tutte le funzionalità dello standard ISO C. Se viene anche - definita con un intero positivo la macro \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato + definita con un intero positivo la macro \const{\_POSIX\_C\_SOURCE} lo stato di questa non viene preso in considerazione. -\item[\macro{\_POSIX\_C\_SOURCE}] definendo questa macro ad un valore intero +\item[\const{\_POSIX\_C\_SOURCE}] definendo questa macro ad un valore intero positivo si controlla quale livello delle funzionalità specificate da POSIX viene messa a disposizione; più alto è il valore maggiori sono le funzionalità. Se è uguale a '1' vengono attivate le funzionalità specificate @@ -548,7 +647,7 @@ Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti: Standard 1003.1b-1993). Un valore maggiore o uguale a `199506L' attiva le funzionalità POSIX.1 specificate nell'edizione del 1996 (ISO/IEC 9945-1: 1996). Valori superiori abiliteranno ulteriori estensioni. -\item[\macro{\_BSD\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_BSD\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le funzionalità derivate da BSD4.3, insieme a quelle previste dagli standard ISO C, POSIX.1 e POSIX.2. Alcune delle funzionalità previste da BSD sono però in conflitto con le corrispondenti definite nello standard POSIX.1, in @@ -559,29 +658,29 @@ Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti: questo caso occorre pertanto anche usare l'opzione \cmd{-lbsd-compat} con il compilatore per indicargli di utilizzare le versioni nella libreria di compatibilità prima di quelle normali. -\item[\macro{\_SVID\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_SVID\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le funzionalità derivate da SVID. Esse comprendono anche quelle definite negli standard ISO C, POSIX.1, POSIX.2, and X/Open. -\item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_XOPEN\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le funzionalità descritte nella \textit{X/Open Portability Guide}. Anche queste sono un soprainsieme di quelle definite in POSIX.1 e POSIX.2 ed in effetti - sia \macro{\_POSIX\_SOURCE} che \macro{\_POSIX\_C\_SOURCE} vengono + sia \const{\_POSIX\_SOURCE} che \const{\_POSIX\_C\_SOURCE} vengono automaticamente definite. Sono incluse anche ulteriori funzionalità disponibili in BSD e SVID. Se il valore della macro è posto a 500 questo include anche le nuove definizioni introdotte con la \textit{Single UNIX Specification, version 2}, cioè Unix98. -\item[\macro{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_XOPEN\_SOURCE\_EXTENDED}] definendo questa macro si attivano le ulteriori funzionalità necessarie ad essere conformi al rilascio del marchio \textit{X/Open Unix}. -\item[\macro{\_ISOC99\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_ISOC99\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le funzionalità previste per la revisione delle librerie standard del C denominato ISO C99. Dato che lo standard non è ancora adottato in maniera ampia queste non sono abilitate automaticamente, ma le \acr{glibc} hanno già un'implementazione completa che può essere attivata definendo questa macro. -\item[\macro{\_LARGEFILE\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le +\item[\const{\_LARGEFILE\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano le funzionalità per il supporto dei file di grandi dimensioni (il \textit{Large File Support} o LFS) con indici e dimensioni a 64 bit. -\item[\macro{\_GNU\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano tutte le +\item[\const{\_GNU\_SOURCE}] definendo questa macro si attivano tutte le funzionalità disponibili: ISO C89, ISO C99, POSIX.1, POSIX.2, BSD, SVID, X/Open, LFS più le estensioni specifiche GNU. Nel caso in cui BSD e POSIX confliggano viene data la precedenza a POSIX. @@ -590,7 +689,7 @@ Le macro disponibili per i vari standard sono le seguenti: In particolare è da sottolineare che le \acr{glibc} supportano alcune estensioni specifiche GNU, che non sono comprese in nessuno degli standard citati. Per poterle utilizzare esse devono essere attivate -esplicitamente definendo la macro \macro{\_GNU\_SOURCE} prima di +esplicitamente definendo la macro \const{\_GNU\_SOURCE} prima di includere i vari header file.