X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=ipc.tex;h=de0823f17fe51dc909b681e6eeec760bed399641;hp=c2d3c213cfbacf57bc8213e734f5039fb100ff16;hb=83e1d7eba561d29fed7335f4ead2731659f852c8;hpb=08e339a5f489c9401e931a214b37de26be6669a6 diff --git a/ipc.tex b/ipc.tex index c2d3c21..de0823f 100644 --- a/ipc.tex +++ b/ipc.tex @@ -3808,16 +3808,37 @@ richiesto dall'implementazione. \end{itemize} -Il comportamento delle funzioni è pertanto subordinato in maniera quasi -completa alla relativa implementazione.\footnote{tanto che Stevens in - \cite{UNP2} cita questo caso come un esempio della maniera standard per - consentire soluzioni non standard.} Nel caso di Linux per quanto riguarda la -memoria condivisa, tutto viene creato nella directory \file{/dev/shm}, ed i -nomi sono presi come pathname assoluto (comprendente eventuali sottodirectory) -rispetto a questa radice (per maggiori dettagli si veda quanto illustrato in -\secref{sec:ipc_posix_shm}). Lo stesso accade per l'implementazione -sperimentale delle code di messaggi, che però fa riferimento alla directory -\file{/dev/mqueue}. +Data la assoluta genericità delle specifiche, il comportamento delle funzioni +è pertanto subordinato in maniera quasi completa alla relativa +implementazione.\footnote{tanto che Stevens in \cite{UNP2} cita questo caso + come un esempio della maniera standard usata dallo standard POSIX per + consentire implementazioni non standardizzabili.} Nel caso di Linux per +quanto riguarda la memoria condivisa, tutto viene creato nella directory +\file{/dev/shm}, ed i nomi sono presi come pathname assoluto (comprendente +eventuali sottodirectory) rispetto a questa radice (per maggiori dettagli si +veda quanto illustrato in \secref{sec:ipc_posix_shm}). Lo stesso accade per +l'implementazione sperimentale delle code di messaggi, che però fa riferimento +alla directory \file{/dev/mqueue}. + +Il vantaggio degli oggetti di IPC POSIX è comunque che essi vengono inseriti +nell'albero dei file, e possono essere maneggiati con le usuali funzioni e +comandi di accesso ai file,\footnote{questo è vero nel caso di Linux, che usa + una implementazione che lo consente, non è detto che altrettanto valga per + altri kernel. In particolare per la memoria condivisa, come si può + facilmente evincere con uno \cmd{strace}, le system call utilizzate sono le + stesse, in quanto essa è realizzata con file in uno speciale filesystem.} +che funzionano come su dei file normali. + +In particolare i permessi associati agli oggetti di IPC POSIX sono identici ai +permessi dei file, e il controllo di accesso segue esattamente la stessa +semantica (quella illustrata in \secref{sec:file_access_control}), invece di +quella particolare (si ricordi quanto visto in +\secref{sec:ipc_sysv_access_control}) usata per gli oggetti del SysV IPC. Per +quanto riguarda l'attribuzione dell'utente e del gruppo proprietari +dell'oggetto alla creazione di quest'ultimo essa viene effettuata secondo la +semantica SysV (essi corrispondono cioè a userid e groupid effettivi del +processo che esegue la creazione). + \subsection{Code di messaggi} @@ -3828,9 +3849,385 @@ per 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, sono poco usate, dato che i socket\index{socket}, -nei casi in cui sono sufficienti, sono più comodi, e negli altri casi la -comunicazione può essere gestita direttamente con mutex e memoria condivisa. +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 +libreria \file{mqueue}\footnote{i programmi che usano le code di messaggi cioè + devono essere compilati aggiungendo l'opzione \code{-lmqueue} al comando + \cmd{gcc}, dato che le funzioni non fanno parte della libreria standard.} +che contiene le funzioni dell'interfaccia POSIX.\footnote{in realtà + l'implementazione è realizzata tramite delle speciali chiamate ad + \func{ioctl} sui file del filesystem speciale su cui vengono mantenuti + questi oggetti di IPC.} + + +La libreria inoltre richiede la presenza dell'apposito filesystem di tipo +\texttt{mqueue} montato su \file{/dev/mqueue}; questo può essere fatto +aggiungendo ad \file{/etc/fstab} una riga come: +\begin{verbatim} +mqueue /dev/mqueue mqueue defaults 0 0 +\end{verbatim} +ed esso sarà utilizzato come radice sulla quale vengono risolti i nomi delle +code di messaggi che iniziano con una \texttt{/}. Le opzioni di mount +accettate sono \texttt{uid}, \texttt{gid} e \texttt{mode} che permettono +rispettivamente di impostare l'utente, il gruppo ed i permessi associati al +filesystem. + + +La funzione che permette di aprire (e crearla se non esiste ancora) una coda +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)} + + \funcdecl{mqd\_t mq\_open(const char *name, int oflag, unsigned long mode, + struct mq\_attr *attr)} + + Apre una coda di messaggi POSIX impostandone le caratteristiche. + + \bodydesc{La funzione restituisce il descrittore associato alla coda in caso + di successo e -1 in caso di errore; nel quel caso \var{errno} assumerà i + valori: + \begin{errlist} + \item[\errcode{EACCESS}] Il processo non ha i privilegi per accedere al + alla memoria secondo quanto specificato da \param{oflag}. + \item[\errcode{EEXIST}] Si è specificato \const{O\_CREAT} e + \const{O\_EXCL} ma la coda già esiste. + \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale. + \item[\errcode{EINVAL}] Il file non supporta la funzione, o si è + specificato \const{O\_CREAT} con una valore non nullo di \param{attr} e + valori non validi di \var{mq\_maxmsg} e \var{mq\_msgsize}. + \item[\errcode{ENOENT}] Non si è specificato \const{O\_CREAT} ma la coda + non esiste. + \end{errlist} + ed inoltre \errval{ENOMEM}, \errval{ENOSPC}, \errval{EFAULT}, + \errval{EMFILE} ed \errval{ENFILE}.} +\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 +descriptor, con l'unica differenza che lo standard prevede un apposito tipo +\type{mqd\_t}.\footnote{nella implementazione citata questo è definito come + \ctyp{int}.} Se la coda esiste già il descrittore farà riferimento allo +stesso oggetto, consentendo così la comunicazione fra due processi diversi. + +La funzione è del tutto analoga ad \func{open} ed analoghi sono i valori che +possono essere specificati per \param{oflag}, che deve essere specificato come +maschera binaria; i valori possibili per i vari bit sono quelli visti in +\tabref{tab:file_open_flags} dei quali però \func{mq\_open} riconosce solo i +seguenti: +\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}} +\item[\const{O\_RDONLY}] Apre la coda solo per la ricezione di messaggi. Il + processo potrà usare il descrittore con \func{mq\_receive} ma non con + \func{mq\_send}. +\item[\const{O\_WRONLY}] Apre la coda solo per la trasmissione di messaggi. Il + processo potrà usare il descrittore con \func{mq\_send} ma non con + \func{mq\_receive}. +\item[\const{O\_RDWR}] Apre la coda solo sia per la trasmissione che per la + ricezione. +\item[\const{O\_CREAT}] Necessario qualora si debba creare la coda; la + presenza di questo bit richiede la presenza degli ulteriori argomenti + \param{mode} e \param{attr}. +\item[\const{O\_EXCL}] Se usato insieme a \const{O\_CREAT} fa fallire la + chiamata se la coda esiste già, altrimenti esegue la creazione atomicamente. +\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 + \errcode{EAGAIN}. +\end{basedescript} + +I primi tre bit specificano la modalità di apertura della coda, e sono fra +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 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 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 + \begin{minipage}[c]{15cm} + \begin{lstlisting}[labelstep=0]{} +struct mq_attr { + long mq_flags; /* message queue flags */ + long mq_maxmsg; /* maximum number of messages */ + long mq_msgsize; /* maximum message size */ + long mq_curmsgs; /* number of messages currently queued */ +}; + \end{lstlisting} + \end{minipage} + \normalsize + \caption{La struttura \structd{mq\_attr}, contenente gli attributi di una + coda di messaggi POSIX.} + \label{fig:ipc_mq_attr} +\end{figure} + +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} + \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 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 chiamare sempre \func{mq\_getaddr} prima +di eseguire una ricezione, per allocare per i messaggi dei buffer di +dimensione opportuna. + +Se si specifica un valore non nullo per l'argomento \param{msg\_prio} il +valore della priorità del messaggio viene memorizzato all'indirizzo da esso +puntato. Si noti che con le code di messaggi POSIX non si ha la possibilità di +selezionare quale messaggio estrarre in base alla priorità, a differenza di +quanto avveniva con le code di messaggi di SysV che permettono la selezione in +base al valore del campo \var{mtype}. + +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}. + +Un'altra 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}, il meccanismo è disponibile per un solo processo +alla volta per ogni coda. + +Il comportamento di \func{mq\_notify} dipende dal valore dell'argomento +\param{notification}, che è un puntatore ad una struttura \struct{sigevent} +(la cui definizione è in \figref{fig:file_sigevent}) che abbiamo già +incontrato in \secref{sec:file_asyncronous_io}. 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. + +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. + +La notifica avviene all'arrivo di un messaggio in una coda vuota (e non se ci +sono messaggi sulla coda), in tal caso il segnale specificato da +\code{notification->sigev\_signo} viene inviato al processo che si era +registrato, e la coda diventa disponibile per una ulteriore registrazione. Si +tenga presente però che la presenza di un processo bloccato in una chiamata a +\func{mq\_receive} ha la precedenza sulla notifica; in tal caso infatti un +enventuale messaggio viene immediatamente inviato a quest'ultimo, e per il +meccanismo di notifica funziona tutto come se la coda fosse restata vuota.