X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=ipc.tex;h=9676970e57dcf5372c91c85d63d8ff00e8ada585;hp=029284fb19b426022a8a2c6e5ae18b5c72e971cf;hb=aa6e7fc3085168384700494a4bd22208f71e089e;hpb=aee4a2e76ad7b0ed41eb06c4c70b8db5df9a4451 diff --git a/ipc.tex b/ipc.tex index 029284f..9676970 100644 --- a/ipc.tex +++ b/ipc.tex @@ -3847,12 +3847,14 @@ processo che esegue la creazione). Le code di messaggi non sono ancora supportate nel kernel ufficiale, esiste però una implementazione sperimentale di Michal Wronski e Krzysztof Benedyczak,\footnote{i patch al kernel e la relativa libreria possono essere - trovati \href{http://www.mat.uni.torun.pl/~wrona/posix_ipc} - {http://www.mat.uni.torun.pl/\~{}wrona/posix\_ipc}.}. In generale, come le -corrispettive del SysV IPC, le code di messaggi sono poco usate, dato che i -socket\index{socket}, nei casi in cui sono sufficienti, sono più comodi, e che -in casi più complessi la comunicazione può essere gestita direttamente con -mutex e memoria condivisa con tutta la flessibilità che occorre. +trovati su +\href{http://www.mat.uni.torun.pl/~wrona/posix_ipc} +{http://www.mat.uni.torun.pl/\~{}wrona/posix\_ipc}.}. +In generale, come le corrispettive del SysV IPC, le code di messaggi sono poco +usate, dato che i socket\index{socket}, nei casi in cui sono sufficienti, sono +più comodi, e che in casi più complessi la comunicazione può essere gestita +direttamente con mutex e memoria condivisa con tutta la flessibilità che +occorre. Per poter utilizzare le code di messaggi, oltre ad utilizzare un kernel cui siano stati opportunamente applicati i relativi patch, occorre utilizzare la @@ -3879,9 +3881,8 @@ filesystem. La funzione che permette di aprire (e crearla se non esiste ancora) una coda -di messaggi POSIX è \func{mq\_open}, ed il suo prototipo è: +di messaggi POSIX è \funcd{mq\_open}, ed il suo prototipo è: \begin{functions} - \headdecl{mqueue.h} \funcdecl{mqd\_t mq\_open(const char *name, int oflag)} @@ -3908,7 +3909,7 @@ di messaggi POSIX \end{errlist} ed inoltre \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC}, \errval{EFAULT}, \errval{EMFILE} ed \errval{ENFILE}.} -\end{prototype} +\end{functions} La funzione apre la coda di messaggi identificata dall'argomento \param{name} restituendo il descrittore ad essa associato, del tutto analogo ad un file @@ -3939,23 +3940,24 @@ seguenti: \item[\const{O\_NONBLOCK}] Imposta la coda in modalità non bloccante, le funzioni di ricezione e trasmissione non si bloccano quando non ci sono le risorse richieste, ma ritornano immediatamente con un errore di - \errval{EAGAIN}. + \errcode{EAGAIN}. \end{basedescript} I primi tre bit specificano la modalità di apertura della coda, e sono fra -loro esclusivi; qualunque sia la modalità in cui si è aperta una coda, questa -potrà essere riaperta più volte in una modalità diversa, e vi si potrà -accedere attraverso descrittori diversi, esattamente come si può fare per i -file normali. +loro esclusivi. Ma qualunque sia la modalità in cui si è aperta una coda, +questa potrà essere riaperta più volte in una modalità diversa, e vi si potrà +sempre accedere attraverso descrittori diversi, esattamente come si può fare +per i file normali. -Se la coda non esiste si deve specificare \const{O\_CREAT} per creare una -nuova, in tal caso come accennato occorre anche specificare i permessi di +Se la coda non esiste e la si vuole creare si deve specificare +\const{O\_CREAT}, in tal caso occorre anche specificare i permessi di creazione con l'argomento \param{mode}; i valori di quest'ultimo sono identici a quelli usati per \func{open}, anche se per le code di messaggi han senso solo i permessi di lettura e scrittura. Oltre ai permessi di creazione possono -essere specificati anche gli attributi della coda tramite l'argomento -\param{attr} che è il puntatore ad una struttura \struct{mq\_attr}, la cui -definizione è riportata in \figref{fig:ipc_mq_attr}. +essere specificati anche gli attributi specifici della coda tramite +l'argomento \param{attr}; quest'ultimo è un puntatore ad una apposita +struttura \struct{mq\_attr}, la cui definizione è riportata in +\figref{fig:ipc_mq_attr}. \begin{figure}[!htb] \footnotesize \centering @@ -3975,14 +3977,314 @@ struct mq_attr { \label{fig:ipc_mq_attr} \end{figure} -Quando si crea la coda possono essere specificati solo i campi -\var{mq\_msgsize} e \var{mq\_maxmsg}, che indicano rispettivamente la -dimensione massima di un messaggio ed il numero massimo di messaggi che essa -può contenere; il valore dovrà essere positivo e minore dei rispettivi limiti -di sistema \const{MQ\_MAXMSG} e \const{MQ\_MSGSIZE}, altrimenti la funzione -fallirà con un errore di \errval{EINVAL}. Qualora si specifichi per -\param{attr} un puntatore nullo gli attributi della coda saranno impostati ai -valori predefiniti. +Per ls creazione della coda i campi della struttura che devono essere +specificati sono \var{mq\_msgsize} e \var{mq\_maxmsg}, che indicano +rispettivamente la dimensione massima di un messaggio ed il numero massimo di +messaggi che essa può contenere. Il valore dovrà essere positivo e minore dei +rispettivi limiti di sistema \const{MQ\_MAXMSG} e \const{MQ\_MSGSIZE}, +altrimenti la funzione fallirà con un errore di \errcode{EINVAL}. Qualora si +specifichi per \param{attr} un puntatore nullo gli attributi della coda +saranno impostati ai valori predefiniti. + +Quando l'accesso alla coda non è più necessario si può chiudere il relativo +descrittore con la funzione \funcd{mq\_close}, il cui prototipo è: +\begin{prototype}{mqueue.h} +{int mq\_close(mqd\_t mqdes)} + +Chiude la coda \param{mqdes}. + +\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di + errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i valori \errval{EBADF} o + \errval{EINTR}.} +\end{prototype} + +La funzione è analoga a \func{close},\footnote{in Linux, dove le code sono + implementate come file su un filesystem dedicato, è esattamente la stessa + funzione.} dopo la sua esecuzione il processo non sarà più in grado di usare +il descrittore della coda, ma quest'ultima continuerà ad esistere nel sistema +e potrà essere acceduta con un'altra chiamata a \func{mq\_open}. All'uscita di +un processo tutte le code aperte, così come i file, vengono chiuse +automaticamente. Inoltre se il processo aveva agganciato una richiesta di +notifica sul descrittore che viene chiuso, questa sarà rilasciata e potrà +essere richiesta da qualche altro processo. + + +Quando si vuole effettivamente rimuovere una coda dal sistema occorre usare la +funzione \funcd{mq\_unlink}, il cui prototipo è: +\begin{prototype}{mqueue.h} +{int mq\_unlink(const char *name)} + +Rimuove una coda di messaggi. + +\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di + errore; nel quel caso \var{errno} assumerà gli stessi valori riportati da + \func{unlink}.} +\end{prototype} + +Anche in questo caso il comportamento della funzione è analogo a quello di +\func{unlink} per i file,\footnote{di nuovo l'implementazione di Linux usa + direttamente \func{unlink}.} la funzione rimove la coda \param{name}, così +che una successiva chiamata a \func{mq\_open} fallisce o crea una coda +diversa. + +Come per i file ogni coda di messaggi ha un contatore di riferimenti, per cui +la coda non viene effettivamente rimossa dal sistema fin quando questo non si +annulla. Pertanto anche dopo aver eseguito con successo \func{mq\_unlink} la +coda resterà accessibile a tutti i processi che hanno un descrittore aperto su +di essa. Allo stesso modo una coda ed i suoi contenuti resteranno disponibili +all'interno del sistema anche quando quest'ultima non è aperta da nessun +processo (questa è una delle differenze più rilevanti nei confronti di pipe e +fifo). + +La sola differenza fra code di messaggi POSIX e file normali è che, essendo il +filesystem delle code di messaggi virtuale e basato su oggetti interni al +kernel, il suo contenuto viene perduto con il riavvio del sistema. + +Come accennato in precedenza ad ogni coda di messaggi è associata una +struttura \struct{mq\_attr}, che può essere letta e modificata attraverso le +due funzioni \funcd{mq\_getattr} e \funcd{mq\_setattr}, i cui prototipi sono: +\begin{functions} + \headdecl{mqueue.h} + + \funcdecl{int mq\_getattr(mqd\_t mqdes, struct mq\_attr *mqstat)} + Legge gli attributi di una coda di messaggi POSIX. + + \funcdecl{int mq\_setattr(mqd\_t mqdes, const struct mq\_attr *mqstat, + struct mq\_attr *omqstat)} + Modifica gli attributi di una coda di messaggi POSIX. + + \bodydesc{Entrambe le funzioni restituiscono 0 in caso di successo e -1 in + caso di errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i valori \errval{EBADF} + o \errval{EINVAL}.} +\end{functions} + +La funzione \func{mq\_getattr} legge i valori correnti degli attributi della +coda nella struttura puntata da \param{mqstat}; di questi l'unico relativo +allo stato corrente della coda è \var{mq\_curmsgs} che indica il numero di +messaggi da essa contenuti, gli altri indicano le caratteristiche generali +della stessa. + +La funzione \func{mq\_setattr} permette di modificare gli attributi di una +coda tramite i valori contenuti nella struttura puntata da \param{mqstat}, ma +può essere modificato solo il campo \var{mq\_flags}, gli altri campi vengono +ignorati. In particolare i valori di \var{mq\_maxmsg} e \var{mq\_msgsize} +possono essere specificati solo in fase ci creazione della coda. Inoltre i +soli valori possibili per \var{mq\_flags} sono 0 e \const{O\_NONBLOCK}, per +cui alla fine la funzione può essere utilizzata solo per abilitare o +disabilitare la modalità non bloccante. L'argomento \param{omqstat} viene +usato, quando diverso da \val{NULL}, per specificare l'indirizzo di una +struttura su cui salvare i valori degli attributi precedenti alla chiamata +della funzione. + +Per inserire messaggi su di una coda sono previste due funzioni, +\funcd{mq\_send} e \funcd{mq\_timedsend}, i cui prototipi sono: +\begin{functions} + \headdecl{mqueue.h} + + \funcdecl{int mq\_send(mqd\_t mqdes, const char *msg\_ptr, size\_t msg\_len, + unsigned int msg\_prio)} + Esegue l'inserimento di un messaggio su una coda. + + \funcdecl{int mq\_timedsend(mqd\_t mqdes, const char *msg\_ptr, size\_t + msg\_len, unsigned msg\_prio, const struct timespec *abs\_timeout)} + Esegue l'inserimento di un messaggio su una coda entro il tempo + \param{abs\_timeout}. + + + \bodydesc{Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo e -1 in caso di + errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i valori: + \begin{errlist} + \item[\errcode{EAGAIN}] Si è aperta la coda con \const{O\_NONBLOCK}, e la + coda è piena. + \item[\errcode{EMSGSIZE}] La lunghezza del messaggio \param{msg\_len} + eccede il limite impostato per la coda. + \item[\errcode{ENOMEM}] Il kernel non ha memoria sufficiente. Questo + errore può avvenire quando l'inserimento del messaggio + \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato un valore nullo per + \param{msg\_len}, o un valore di \param{msg\_prio} fuori dai limiti, o + un valore non valido per \param{abs\_timeout}. + \item[\errcode{ETIMEDOUT}] L'inserimento del messaggio non è stato + effettuato entro il tempo stabilito. + \end{errlist} + ed inoltre \errval{EBADF} ed \errval{EINTR}.} +\end{functions} + +Entrambe le funzioni richiedono un puntatore al testo del messaggio +nell'argomento \param{msg\_ptr} e la relativa lunghezza in \param{msg\_len}. +Se quest'ultima eccede la dimensione massima specificata da \var{mq\_msgsize} +le funzioni ritornano immediatamente con un errore di \errcode{EMSGSIZE}. + +L'argomento \param{msg\_prio} indica la priorità dell'argomento; i messaggi di +priorità maggiore vengono inseriti davanti a quelli di priorità inferiore (e +quindi saranno riletti per primi). A parità del valore della priorità il +messaggio sarà inserito in coda a tutti quelli con la stessa priorità. Il +valore della priorità non può eccedere il limite di sistema +\const{MQ\_PRIO\_MAX}, che nel caso è pari a 32768. + +Qualora la coda sia piena, entrambe le funzioni si bloccano, a meno che non +sia stata selezionata in fase di apertura la modalità non bloccante, nel qual +caso entrambe ritornano \errcode{EAGAIN}. La sola differenza fra le due +funzioni è che la seconda, passato il tempo massimo impostato con l'argomento +\param{abs\_timeout}, ritorna comunque con un errore di \errcode{ETIMEDOUT}. + + +Come per l'inserimento, anche per l'estrazione dei messaggi da una coda sono +previste due funzioni, \funcd{mq\_receive} e \funcd{mq\_timedreceive}, i cui +prototipi sono: +\begin{functions} + \headdecl{mqueue.h} + + \funcdecl{ssize\_t mq\_receive(mqd\_t mqdes, char *msg\_ptr, size\_t + msg\_len, unsigned int *msg\_prio)} + Effettua la ricezione di un messaggio da una coda. + + \funcdecl{ssize\_t mq\_timedreceive(mqd\_t mqdes, char *msg\_ptr, size\_t + msg\_len, unsigned int *msg\_prio, const struct timespec *abs\_timeout)} + Effettua la ricezione di un messaggio da una coda entro il tempo + \param{abs\_timeout}. + + \bodydesc{Le funzioni restituiscono il numero di byte del messaggio in caso + di successo e -1 in caso di errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i + valori: + \begin{errlist} + \item[\errcode{EAGAIN}] Si è aperta la coda con \const{O\_NONBLOCK}, e la + coda è vuota. + \item[\errcode{EMSGSIZE}] La lunghezza del messaggio sulla coda eccede il + valore \param{msg\_len} specificato per la ricezione. + \item[\errcode{EINVAL}] Si è specificato un valore nullo per + \param{msg\_ptr}, o un valore non valido per \param{abs\_timeout}. + \item[\errcode{ETIMEDOUT}] La ricezione del messaggio non è stata + effettuata entro il tempo stabilito. + \end{errlist} + ed inoltre \errval{EBADF}, \errval{EINTR}, \errval{ENOMEM}, o + \errval{EINVAL}.} +\end{functions} + +La funzione estrae dalla coda il messaggio a priorità più alta, o il più +vecchio fra quelli della stessa priorità. Una volta ricevuto il messaggio +viene tolto dalla coda e la sua dimensione viene restituita come valore di +ritorno. + +Se la dimensione specificata da \param{msg\_len} non è sufficiente a contenere +il messaggio, entrambe le funzioni, al contrario di quanto avveniva nelle code +di messaggi di SysV, ritornano un errore di \errcode{EMSGSIZE} senza estrarre +il messaggio. È pertanto opportuno eseguire sempre una chiamata a +\func{mq\_getaddr} prima di eseguire una ricezione, in modo da ottenere la +dimensione massima dei messaggi sulla coda, per poter essere in grado di +allocare dei buffer sufficientemente ampi per la lettura. + +Se si specifica un puntatore per l'argomento \param{msg\_prio} il valore della +priorità del messaggio viene memorizzato all'indirizzo da esso indicato. +Qualora non interessi usare la priorità dei messaggi si può specificare +\var{NULL}, ed usare un valore nullo della priorità nelle chiamate a +\func{mq\_send}. + +Si noti che con le code di messaggi POSIX non si ha la possibilità di +selezionare quale messaggio estrarre con delle condizioni sulla priorità, a +differenza di quanto avveniva con le code di messaggi di SysV che permettono +invece la selezione in base al valore del campo \var{mtype}. Qualora non +interessi usare la priorità dei messaggi si + +Qualora la coda sia vuota entrambe le funzioni si bloccano, a meno che non si +sia selezionata la modalità non bloccante; in tal caso entrambe ritornano +immediatamente con l'errore \errcode{EAGAIN}. Anche in questo caso la sola +differenza fra le due funzioni è che la seconda non attende indefinitamente e +passato il tempo massimo \param{abs\_timeout} ritorna comunque con un errore +di \errcode{ETIMEDOUT}. + +Uno dei problemi sottolineati da Stevens in \cite{UNP2}, comuni ad entrambe le +tipologie di code messaggi, è che non è possibile per chi riceve identificare +chi è che ha inviato il messaggio, in particolare non è possibile sapere da +quale utente esso provenga. Infatti, in mancanza di un meccanismo interno al +kernel, anche se si possono inserire delle informazioni nel messaggio, queste +non possono essere credute, essendo completamente dipendenti da chi lo invia. +Vedremo però come, attraverso l'uso del meccanismo di notifica, sia possibile +superare in parte questo problema. + +Una caratteristica specifica delle code di messaggi POSIX è la possibilità di +usufruire di un meccanismo di notifica asincrono; questo può essere attivato +usando la funzione \funcd{mq\_notify}, il cui prototipo è: +\begin{prototype}{mqueue.h} +{int mq\_notify(mqd\_t mqdes, const struct sigevent *notification)} + +Attiva il meccanismo di notifica per la coda \param{mqdes}. + +\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di + errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i valori: + \begin{errlist} + \item[\errcode{EBUSY}] C'è già un processo registrato per la notifica. + \item[\errcode{EBADF}] Il descrittore non fa riferimento ad una coda di + messaggi. + \end{errlist}} +\end{prototype} + +Il meccanismo di notifica permette di segnalare in maniera asincrona ad un +processo la presenza di dati sulla coda, in modo da evitare la necessità di +bloccarsi nell'attesa. Per far questo un processo deve registrarsi con la +funzione \func{mq\_notify}, ed il meccanismo è disponibile per un solo +processo alla volta per ciascuna coda. + +Il comportamento di \func{mq\_notify} dipende dal valore dell'argomento +\param{notification}, che è un puntatore ad una apposita struttura +\struct{sigevent}, (definita in \figref{fig:file_sigevent}) introdotta dallo +standard POSIX.1b per gestire la notifica di eventi; per altri dettagli si può +vedere quanto detto in \secref{sec:file_asyncronous_io} a proposito dell'uso +della stessa struttura per l'invio dei segnali usati per l'I/O asincrono. + +Attraverso questa struttura si possono impostare le modalità con cui viene +effettuata la notifica; in particolare il campo \var{sigev\_notify} deve +essere posto a \const{SIGEV\_SIGNAL}\footnote{il meccanismo di notifica basato + sui thread, specificato tramite il valore \const{SIGEV\_THREAD}, non è + implementato.} ed il campo \var{sigev\_signo} deve indicare il valore del +segnale che sarà inviato al processo. Inoltre il campo \var{sigev\_value} è il +puntatore ad una struttura \struct{sigval\_t} (definita in +\figref{fig:sig_sigval}) che permette di restituire al gestore del segnale un +valore numerico o un indirizzo,\footnote{per il suo uso si riveda la + trattazione fatta in \secref{sec:sig_real_time} a proposito dei segnali + real-time.} posto che questo sia installato nella forma estesa vista in +\secref{sec:sig_sigaction}. + +La funzione registra il processo chiamante per la notifica se +\param{notification} punta ad una struttura \struct{sigevent} opportunamente +inizializzata, o cancella una precedente registrazione se è \val{NULL}. Dato +che un solo processo alla volta può essere registrato, la funzione fallisce +con \errcode{EBUSY} se c'è un altro processo già registrato. Si tenga +presente inoltre che alla chiusura del descrittore associato alla coda (e +quindi anche all'uscita del processo) ogni eventuale registrazione di notifica +presente viene cancellata. + +La notifica del segnale avviene all'arrivo di un messaggio in una coda vuota +(cioè solo se sulla coda non ci sono messaggi) e se non c'è nessun processo +bloccato in una chiamata a \func{mq\_receive}, in questo caso infatti il +processo bloccato ha la precedenza ed il messaggio gli viene immediatamente +inviato, mentre per il meccanismo di notifica tutto funziona come se la coda +fosse rimasta vuota. + +Quando un messaggio arriva su una coda vuota al processo che si era registrato +viene inviato il segnale specificato da \code{notification->sigev\_signo}, e +la coda diventa disponibile per una ulteriore registrazione. Questo comporta +che se si vuole mantenere il meccanismo di notifica occorre ripetere la +registrazione chiamando nuovamente \func{mq\_notify} all'interno del gestore +del segnale di notifica. A differenza della situazione simile che si aveva con +i segnali non affidabili,\footnote{l'argomento è stato affrontato in + \ref{sec:sig_semantics}.} questa caratteristica non configura una +race-condition perché l'invio di un segnale avviene solo se la coda è vuota; +pertanto se si vuole evitare di correre il rischio di perdere eventuali +ulteriori segnali inviati nel lasso di tempo che occorre per ripetere la +richiesta di notifica basta avere cura di eseguire questa operazione prima di +estrarre i messaggi presenti dalla coda. + +L'invio del segnale di notifica avvalora alcuni campi di informazione +restituiti al gestore attraverso la struttura \struct{siginfo\_t} (definita in +\figref{fig:sig_siginfo_t}). In particolare \var{si\_pid} viene impostato al +valore del \acr{pid} del processo che ha emesso il segnale, \var{si\_uid} +all'userid effettivo, \var{si\_code} a \const{SI\_MESGQ}, e \var{si\_errno} a +0. Questo ci dice che, se si effettua la ricezione dei messaggi usando +esclusivamente il meccanismo di notifica, è possibile ottenere le informazioni +sul processo che ha inserito un messaggio usando un gestore per il segnale in +forma estesa\footnote{di nuovo si faccia riferimento a quanto detto al + proposito in \secref{sec:sig_sigaction} e \secref{sec:sig_real_time}.} + \subsection{Semafori} @@ -3999,6 +4301,15 @@ i semafori di SysV IPC, e che non vale comunque la pena di usare visto che i problemi sottolineati in \secref{sec:ipc_sysv_sem} rimangono, anche se mascherati. +In realtà a partire dal kernel 2.5.7 è stato introdotto un meccanismo di +sincronizzazione completamente nuovo, basato sui cosiddetti +\textit{futex}\footnote{la sigla sta per \textit{faxt user mode mutex}.}, con +il quale dovrebbe essere possibile implementare una versione nativa dei +semafori; esso è già stato usato con successo per reimplementare in maniera +più efficiente tutte le direttive di sincronizzazione previste per i thread +POSIX. L'interfaccia corrente è stata stabilizzata a partire dal kernel +2.5.40. +