X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=prochand.tex;h=6e99c3cd56cd21ca618899c856e23edb9c77df06;hp=c2af15d637ce024f93bd9c344060da9445b84e20;hb=0ab3f419ed7721862f3a3bc012d681fbefdf0cfa;hpb=3e5c39bbc24981125adb422a672fcd3d54493bb6 diff --git a/prochand.tex b/prochand.tex index c2af15d..6e99c3c 100644 --- a/prochand.tex +++ b/prochand.tex @@ -17,7 +17,7 @@ problematiche generiche della programmazione in ambiente multitasking. \label{sec:proc_gen} Partiremo con una introduzione generale ai concetti che stanno alla base della -gestione dei processi in un sitema unix-like. Introdurremo in questa sezione +gestione dei processi in un sistema unix-like. Introdurremo in questa sezione l'architettura della gestione dei processi e le sue principali caratteristiche, e daremo una panoramica sull'uso delle principali funzioni per la gestione dei processi. @@ -187,7 +187,6 @@ Tutti i processi inoltre memorizzano anche il \acr{pid} del genitore da cui sono stati creati, questo viene chiamato in genere \acr{ppid} (da \textit{parent process id}). Questi due identificativi possono essere ottenuti da programma usando le funzioni: - \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{unistd.h} @@ -211,7 +210,7 @@ Tutti i processi figli dello stesso processo padre sono detti \textit{sibling}, questa è una delle relazioni usate nel \textsl{controllo di sessione}, in cui si raggruppano i processi creati su uno stesso terminale, o relativi allo stesso login. Torneremo su questo argomento in dettaglio in -\secref{cap:session}, dove esamineremo gli altri identificativi associati ad +\secref{cha:session}, dove esamineremo gli altri identificativi associati ad un processo e le varie relazioni fra processi utilizzate per definire una sessione. @@ -219,8 +218,8 @@ Oltre al \acr{pid} e al \acr{ppid}, e a quelli usati per il controllo di sessione, ad ogni processo sono associati altri identificatori, usati per il controllo di accesso, che servono per determinare se il processo può o meno eseguire le operazioni richieste, a seconda dei privilegi e dell'identità di -chi lo ha posto in esecuzione; su questi torneremo in dettaglii più avanti in -\secref{sec:proc_perm}. +chi lo ha posto in esecuzione; su questi torneremo in dettagli più avanti in +\secref{sec:proc_perms}. \subsection{La funzione \func{fork}} @@ -231,7 +230,6 @@ processi: come si attraverso l'uso di questa funzione, essa quindi riveste un ruolo centrale tutte le volte che si devono scrivere programmi che usano il multitasking. Il prototipo della funzione è: - \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{unistd.h} @@ -500,10 +498,9 @@ Quello che succede lo stesso avviene anche per tutti i figli; la funzione \func{fork} infatti ha la caratteristica di duplicare (allo stesso modo in cui lo fa la funzione \func{dup}, trattata in \secref{sec:file_dup}) nei figli tutti i file -descriptor aperti nel padre, il che comporta che padre e figli condividono -le stesse voci della file table (per la spiegazione di questi termini si veda -\secref{sec:file_sharing} e referenza a figura da fare) e quindi anche -l'offset corrente nel file. +descriptor aperti nel padre, il che comporta che padre e figli condividono le +stesse voci della file table (per la spiegazione di questi termini si veda +\secref{sec:file_sharing}) e quindi anche l'offset corrente nel file. In questo modo se un processo scrive sul file aggiornerà l'offset sulla file table, e tutti gli altri processi che condividono la file table vedranno il @@ -540,8 +537,7 @@ Oltre ai file aperti i processi figli ereditano dal padre una serie di altre proprietà; la lista dettagliata delle proprietà che padre e figlio hanno in comune dopo l'esecuzione di una \func{fork} è la seguente: \begin{itemize*} -\item i file aperti (e gli eventuali flag di \textit{close-on-exec} se - settati). +\item i file aperti e gli eventuali flag di \textit{close-on-exec} se settati. \item gli identificatori per il controllo di accesso: il \textit{real user id}, il \textit{real group id}, l'\textit{effective user id}, l'\textit{effective group id} e i \textit{supplementary group id} (vedi @@ -553,12 +549,12 @@ comune dopo l'esecuzione di una \func{fork} \item la directory di lavoro e la directory radice (vedi \secref{sec:file_work_dir}). \item la maschera dei permessi di creazione (vedi \secref{sec:file_umask}). -\item la maschera dei segnali. +\item la maschera dei segnali bloccati e le azioni installate. \item i segmenti di memoria condivisa agganciati al processo. -\item i limiti sulle risorse +\item i limiti sulle risorse. \item le variabili di ambiente (vedi \secref{sec:proc_environ}). \end{itemize*} -le differenze fra padree figlio dopo la \func{fork} invece sono: +le differenze fra padre e figlio dopo la \func{fork} invece sono: \begin{itemize*} \item il valore di ritorno di \func{fork}. \item il \textit{process id}. @@ -567,7 +563,7 @@ le differenze fra padree figlio dopo la \func{fork} invece sono: \item i valori dei tempi di esecuzione (\var{tms\_utime}, \var{tms\_stime}, \var{tms\_cutime}, \var{tms\_uetime}) che nel figlio sono posti a zero. \item i \textit{file lock}, che non vengono ereditati dal figlio. -\item gli allarmi pendenti, che per il figlio vengono cancellati. +\item gli allarmi ed i segnali pendenti, che per il figlio vengono cancellati. \end{itemize*} @@ -772,7 +768,6 @@ conclusione dei vari processi figli onde evitare di riempire di \textit{zombie} la tabella dei processi; le funzioni deputate a questo compito sono sostanzialmente due, \func{wait} e \func{waitpid}. La prima, il cui prototipo è: - \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{sys/wait.h} @@ -808,7 +803,6 @@ che effettua lo stesso servizio, ma dispone di una serie di funzionalit ampie, legate anche al controllo di sessione. Dato che è possibile ottenere lo stesso comportamento di \func{wait} si consiglia di utilizzare sempre questa funzione; il suo prototipo è: - \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{sys/wait.h} @@ -918,7 +912,6 @@ certezza che la chiamata a \func{wait} non si bloccher \label{tab:proc_status_macro} \end{table} - Entrambe le funzioni restituiscono lo stato di terminazione del processo tramite il puntatore \var{status} (se non interessa memorizzare lo stato si può passare un puntatore nullo). Il valore restituito da entrambe le funzioni @@ -949,7 +942,6 @@ lettura dello stato di terminazione di un processo, analoghe a \func{wait} e kernel può restituire al processo padre ulteriori informazioni sulle risorse usate dal processo terminato e dai vari figli. Queste funzioni, che diventano accessibili definendo la costante \macro{\_USE\_BSD}, sono: - \begin{functions} \headdecl{sys/times.h} \headdecl{sys/types.h} @@ -1022,7 +1014,6 @@ Ci sono sei diverse versioni di \func{exec} (per questo la si famiglia di funzioni) che possono essere usate per questo compito, che in realtà (come mostrato in \figref{fig:proc_exec_relat}), costituiscono un front-end a \func{execve}. Il prototipo di quest'ultima è: - \begin{prototype}{unistd.h} {int execve(const char * filename, char * const argv [], char * const envp[])} @@ -1059,7 +1050,6 @@ front-end a \func{execve}. Il prototipo di quest'ultima Le altre funzioni della famiglia servono per fornire all'utente una serie possibile di diverse interfacce per la creazione di un nuovo processo. I loro prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{unistd.h} \funcdecl{int execl(const char *path, const char *arg, ...)} @@ -1145,7 +1135,7 @@ indicato dal parametro \var{path}, che viene interpretato come il \begin{figure}[htb] \centering - \includegraphics[width=13cm]{img/exec_rel.eps} + \includegraphics[width=13cm]{img/exec_rel} \caption{La interrelazione fra le sei funzioni della famiglia \func{exec}} \label{fig:proc_exec_relat} \end{figure} @@ -1174,24 +1164,24 @@ la lista completa \secref{sec:file_work_dir}). \item la maschera di creazione dei file (\var{umask}, vedi \secref{sec:file_umask}) ed i \textit{lock} sui file (vedi - \secref{sec:file_xxx}). + \secref{sec:file_locking}). \item i segnali sospesi (\textit{pending}) e la maschera dei segnali (si veda \secref{sec:sig_xxx}). -\item i limiti sulle risorse (vedi \secref{sec:limits_xxx}).. +\item i limiti sulle risorse (vedi \secref{sec:sys_limits}).. \item i valori delle variabili \var{tms\_utime}, \var{tms\_stime}, - \var{tms\_cutime}, \var{tms\_ustime} (vedi \secref{sec:xxx_xxx}).. + \var{tms\_cutime}, \var{tms\_ustime} (vedi \secref{sec:xxx_xxx}). \end{itemize*} Oltre a questo i segnali che sono stati settati per essere ignorati nel -processo chiamante mantengono lo stesso settaggio pure nuovo programma, tutti -gli altri segnali vengono settati alla loro azione di default. Un caso -speciale è il segnale \macro{SIGCHLD} che, quando settato a \macro{SIG\_IGN} +processo chiamante mantengono lo stesso settaggio pure nel nuovo programma, +tutti gli altri segnali vengono settati alla loro azione di default. Un caso +speciale è il segnale \macro{SIGCHLD} che, quando settato a \macro{SIG\_IGN}, può anche non essere resettato a \macro{SIG\_DFL} (si veda \secref{sec:sig_xxx}). La gestione dei file aperti dipende dal valore del flag di \textit{close-on-exec} per ciascun file descriptor (si veda -\secref{sec:file_xxx}); i file per cui è settato vengono chiusi, tutti gli +\secref{sec:file_fcntl}); i file per cui è settato vengono chiusi, tutti gli altri file restano aperti. Questo significa che il comportamento di default è che i file restano aperti attraverso una \func{exec}, a meno di una chiamata esplicita a \func{fcntl} che setti il suddetto flag. @@ -1279,7 +1269,6 @@ utente per un limitato insieme di operazioni. Per questo motivo in generale tutti gli unix prevedono che i processi abbiano almeno due gruppi di identificatori, chiamati rispettivamente \textit{real} ed \textit{effective}. - \begin{table}[htb] \footnotesize \centering @@ -1334,26 +1323,29 @@ il programma che si settati (il significato di questi bit è affrontato in dettaglio in \secref{sec:file_suid_sgid}). In questo caso essi saranno settati all'utente e al gruppo proprietari del file; questo consente, per programmi in cui ci sia -necessità, di dare a qualunquee utente normale privilegi o permessi di +necessità, di dare a qualunque utente normale privilegi o permessi di un'altro (o dell'amministratore). Come nel caso del \acr{pid} e del \acr{ppid} tutti questi identificatori possono essere letti dal processo attraverso delle opportune funzioni, i cui prototipi sono i seguenti: - \begin{functions} -\headdecl{unistd.h} -\headdecl{sys/types.h} -\funcdecl{uid\_t getuid(void)} restituisce il \textit{real user ID} del -processo corrente. -\funcdecl{uid\_t geteuid(void)} restituisce l'\textit{effective user ID} del -processo corrente. -\funcdecl{gid\_t getgid(void)} restituisce il \textit{real group ID} del -processo corrente. -\funcdecl{gid\_t getegid(void)} restituisce l'\textit{effective group ID} del -processo corrente. - -Queste funzioni non riportano condizioni di errore. + \headdecl{unistd.h} + \headdecl{sys/types.h} + + \funcdecl{uid\_t getuid(void)} restituisce il \textit{real user ID} del + processo corrente. + + \funcdecl{uid\_t geteuid(void)} restituisce l'\textit{effective user ID} del + processo corrente. + + \funcdecl{gid\_t getgid(void)} restituisce il \textit{real group ID} del + processo corrente. + + \funcdecl{gid\_t getegid(void)} restituisce l'\textit{effective group ID} del + processo corrente. + + Queste funzioni non riportano condizioni di errore. \end{functions} In generale l'uso di privilegi superiori deve essere limitato il più @@ -1399,12 +1391,11 @@ di utente e gruppo associati dal kernel ad ogni processo, \subsection{Le funzioni \func{setuid} e \func{setgid}} \label{sec:proc_setuid} -Le due funzioni che venfono usate per cambiare identità (cioè utente e gruppo +Le due funzioni che vengono usate per cambiare identità (cioè utente e gruppo di appartenenza) ad un processo sono rispettivamente \func{setuid} e \func{setgid}; come accennato in \secref{sec:proc_user_group} in Linux esse -seguono la sematica POSIX che prevede l'esistenza di \textit{saved user id} e +seguono la semantica POSIX che prevede l'esistenza di \textit{saved user id} e \textit{saved group id}; i loro prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{unistd.h} \headdecl{sys/types.h} @@ -1428,7 +1419,7 @@ delle funzioni che tratteremo in questa sezione. L'effetto della chiamata è diverso a seconda dei privilegi del processo; se l'\textit{effective user id} è zero (cioè è quello dell'amministratore di -sistema) allora tutti gli identificatatori (\textit{real}, \textit{effective} +sistema) allora tutti gli identificatori (\textit{real}, \textit{effective} e \textit{saved}) vengono settati al valore specificato da \var{uid}, altrimenti viene settato solo l'\textit{effective user id}, e soltanto se il valore specificato corrisponde o al \textit{real user id} o al \textit{saved @@ -1443,7 +1434,7 @@ eventualmente tornare indietro. Come esempio per chiarire dell'uso di queste funzioni prediamo quello con cui viene gestito l'accesso al file \file{/var/log/utmp}. In questo file viene registrato chi sta usando il sistema al momento corrente; chiaramente non può -essere lasciato aperto in scrittura a qualunque utente, che protrebbe +essere lasciato aperto in scrittura a qualunque utente, che potrebbe falsificare la registrazione. Per questo motivo questo file (e l'analogo \file{/var/log/wtmp} su cui vengono registrati login e logout) appartengono ad un gruppo dedicato (\acr{utmp}) ed i programmi che devono accedervi (ad @@ -1504,7 +1495,6 @@ Queste due funzioni derivano da BSD che non supportando\footnote{almeno fino alla versione 4.3+BSD TODO, verificare e aggiornare la nota} i \textit{saved id} le usava per poter scambiare fra di loro effective e real id. I prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{unistd.h} \headdecl{sys/types.h} @@ -1521,7 +1511,7 @@ Le funzioni restituiscono 0 in caso di successo e -1 in caso di fallimento: l'unico errore possibile è \macro{EPERM}. \end{functions} -I processi non privileguiati possono settare i \textit{real id} soltanto ai +I processi non privilegiati possono settare i \textit{real id} soltanto ai valori dei loro \textit{effective id} o \textit{real id} e gli \textit{effective id} ai valori dei loro \textit{real id}, \textit{effective id} o \textit{saved id}; valori diversi comportano il fallimento della @@ -1559,7 +1549,6 @@ sempre settato al valore dell'\textit{effective id}. Queste due funzioni sono una estensione introdotta in Linux dal kernel 2.1.44, e permettono un completo controllo su tutti gli identificatori (\textit{real}, \textit{effective} e \textit{saved}), i prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{unistd.h} \headdecl{sys/types.h} @@ -1580,9 +1569,9 @@ l'unico errore possibile I processi non privilegiati possono cambiare uno qualunque degli identificatori usando uno qualunque dei valori correnti di \textit{real id}, -\textit{effective id} o \textit{saved id}, l'ammnistratore può specificare i +\textit{effective id} o \textit{saved id}, l'amministratore può specificare i valori che vuole; un valore di -1 per un qualunque parametro lascia inalterato -l'dentificatore corrispondente. +l'identificatore corrispondente. @@ -1592,7 +1581,6 @@ l'dentificatore corrispondente. Queste funzioni sono un'estensione allo standard POSIX.1 (ma sono comunque supportate dalla maggior parte degli unix) e usate per cambiare gli \textit{effective id}; i loro prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{unistd.h} \headdecl{sys/types.h} @@ -1636,9 +1624,8 @@ ha temporaneamente assunto l'identit quelli originari per quanto riguarda tutti gli altri controlli di accesso. Le due funzioni usate per cambiare questi identificatori sono \func{setfsuid} -e \func{setfsgid}, ovviamenete sono specifiche di Linux e non devono essere +e \func{setfsgid}, ovviamente sono specifiche di Linux e non devono essere usate se si intendono scrivere programmi portabili; i loro prototipi sono: - \begin{functions} \headdecl{sys/fsuid.h} @@ -1667,32 +1654,103 @@ esistono quando si ha a che fare con un sistema in cui viene eseguito un solo programma alla volta. Pur non essendo tutto questo direttamente legato alla modalità specifica in -cui il multitasking è implementato in un sistema unix-like, siccome la -gestione dei processi è stata affrontata in questo capitolo, tratteremo in -questa sezione conclusiva anche queste problematiche, esaminandone le -caratteristiche fondamentali e le modalità con cui si affrontano. - - -\subsection{Le funzioni rientranti} -\label{sec:proc_reentrant} +cui il multitasking è implementato in un sistema unix-like, né al solo +concetto di multitasking (le stesse problematiche si presentano ad esempio +nella gestione degli interrupt hardware), in questa sezione conclusiva del +capitolo in cui abbiamo affrontato la gestione dei processi, introdurremo +sinteticamente queste problematiche, che ritroveremo a più riprese in capitoli +successivi, con una breve definizione della terminologia e delle loro +caratteristiche di fondo. \subsection{Le operazioni atomiche} \label{sec:proc_atom_oper} +La nozione di \textsl{operazione atomica} deriva dal significato greco della +parola atomo, cioè indivisibile; si dice infatti che una operazione è atomica +quando si ha la certezza che, qualora essa venga effettuata, tutti i passaggi +che devono essere compiuti per realizzarla verranno eseguiti senza possibilità +di interruzione in una fase intermedia. + +In un ambiente multitasking il concetto è essenziale, dato che un processo può +essere interrotto in qualunque momento dal kernel che mette in esecuzione un +altro processo o dalla ricezione di un segnale; occorre pertanto essere +accorti nei confronti delle possibili \textit{race condition} (vedi +\secref{sec:proc_race_cond}) derivanti da operazioni interrotte in una fase in +cui non erano ancora state completate. + +Nel caso dell'interazione fra processi la situazione è molto più semplice, ed +occorre preoccuparsi della atomicità delle operazioni solo quando si ha a che +fare con meccanismi di intercomunicazione (che esamineremo in dettaglio in +\capref{cha:IPC}) o nella operazioni con i file (vedremo alcuni esempi in +\secref{sec:file_atomic}). In questi casi in genere l'uso delle appropriate +funzioni di libreria per compiere le operazioni necessarie è garanzia +sufficiente di atomicità in quanto le system call con cui esse sono realizzate +non possono essere interrotte (o subire interferenze pericolose) da altri +processi. -\subsection{Le \textit{race condition}} +Nel caso dei segnali invece la situazione è molto più delicata, in quanto lo +stesso processo, e pure alcune system call, possono essere interrotti in +qualunque momento, e le operazioni di un eventuale \textit{signal handler} +sono compiute nello stesso spazio di indirizzi del processo. Per questo anche +solo il solo accesso o l'assegnazione di una variabile possono non essere più +operazioni atomiche (torneremo su questi aspetti in \secref{sec:sign_xxx}). + +In questo caso il sistema provvede un tipo di dato, il \type{sig\_atomic\_t}, +il cui accesso è assicurato essere atomico. In pratica comunque si può +assumere che in ogni piattaforma su cui è implementato Linux il tipo +\type{int} (e gli altri interi di dimensione inferiore) ed i puntatori sono +atomici. Non è affatto detto che lo stesso valga per interi di dimensioni +maggiori (in cui l'accesso può comportare più istruzioni in assembler) o per +le strutture. In questi casi è anche opportuno marcare come \type{volatile} le +variabili che possono essere interessate ad accesso condiviso, onde evitare +problemi con le ottimizzazioni del codice. + + +\subsection{Le \textit{race condition} e i \textit{deadlock}} \label{sec:proc_race_cond} Si definisce una \textit{race condition} il caso in cui diversi processi stanno cercando di fare qualcosa con una risorsa comune ed il risultato finale viene a dipendere dall'ordine di esecuzione dei medesimi. Ovviamente dato che -l'ordine di esecuzione di un processo, senza appositi meccanismi di -sincronizzazione, non è assolutamente prevedibile, queste situazioni sono -fonti di errori molto subdoli, che possono verificarsi solo in condizioni -particolari e quindi difficilmente riproducibili. +l'ordine di esecuzione di un processo rispetto agli altri, senza appositi +meccanismi di sincronizzazione, non è assolutamente prevedibile, queste +situazioni sono fonti di errori molto subdoli, che possono verificarsi solo in +condizioni particolari e quindi difficilmente riproducibili. + +Casi tipici di \textit{race condition} si hanno quando diversi processi +accedono allo stesso file, o nell'accesso a meccanismi di intercomunicazione +come la memoria condivisa. In questi casi, se non si dispone della possibilità +di eseguire atomicamente le operazioni necessarie, occorre che le risorse +condivise siano opportunamente protette da meccanismi di sincronizzazione +(torneremo su queste problematiche di questo tipo in \secref{sec:ipc_semaph}). + +Un caso particolare di \textit{race condition} sono poi i cosiddetti +\textit{deadlock}; l'esempio tipico è quello di un flag di ``occupazione'' che +viene rilasciato da un evento asincrono fra il controllo (in cui viene trovato +occupato) e la successiva messa in attesa, che a questo punto diventerà +perpetua (da cui il nome di \textit{deadlock}) in quanto l'evento di sblocco +del flag è stato perso fra il controllo e la messa in attesa. -\subsection{I \textit{deadlock}} -\label{sec:proc_deadlock} +\subsection{Le funzioni rientranti} +\label{sec:proc_reentrant} + +Si dice rientrante una funzione che può essere interrotta in qualunque momento +ed essere chiamata da capo (da questo il nome) da un altro filone di +esecuzione (thread e manipolatori di segnali sono i casi in cui occorre +prestare attenzione a questa problematica) senza che questo comporti nessun +problema. + +In genere una funzione non è rientrante se opera direttamente su memoria che +non è nello stack. Ad esempio una funzione non è rientrante se usa una +variabile globale o statica od un oggetto allocato dinamicamente che trova da +sola: due chiamate alla stessa funzione interferiranno. Una funzione può non +essere rientrante se usa e modifica un oggetto che le viene fornito dal +chiamante: due chiamate possono interferire se viene passato lo stesso +oggetto. + +Le glibc mettono a disposizione due macro di compilatore \macro{\_REENTRANT} e +\macro{\_THREAD\_SAFE} per assicurare che siano usate delle versioni rientranti +delle funzioni di libreria.