X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=system.tex;h=145b1a0d92fccb130c11a8e14f5c1523cd87bd1b;hp=7a44a3591fef0b448ff58681ebd8fdff5f539fba;hb=7b5118a8c6ff15e5fcdc1a70a27ead7fcd35830b;hpb=c32a11a121ae117619653e8c6421932114f46080 diff --git a/system.tex b/system.tex index 7a44a35..145b1a0 100644 --- a/system.tex +++ b/system.tex @@ -1,16 +1,370 @@ -\chapter{La gestione del sistema} +\chapter{La gestione del sistema, delle risorse, e degli errori} \label{cha:system} +In questo capitolo tratteremo varie interfacce che attengono agli aspetti più +generali del sistema, come quelle per la gestione di parametri e +configurazione, quelle per la lettura dei limiti e delle carattistiche dello +stesso, quelle per il controllo dell'uso delle risorse da parte dei processi, +quelle per la gestione dei tempi e degli errori. +\section{La configurazione del sistema} +\label{sec:sys_config} + +In questa sezione esamineremo le macro e le funzioni che permettono di +conoscere e settare i parametri di configurazione del sistema, di ricavarme +limiti e caratteristiche, e di controllare i filesystem disponibili, montarli +e rimuoverli da programma. + + +\subsection{Limiti e parametri di sistema} +\label{sec:sys_limits} + +In qualunque sistema sono presenti un gran numero di parametri e costanti il +cui valore può essere definito dall'architettura dell'hardware, +dall'implementazione del sistema, dalle opzioni con cui si sono compilati il +kernel e le librerie o anche configurabili dall'amministratore all'avvio del +sistema o durente le sue attività. + +Chiaramente per scrivere programmi portabili occorre poter determinare opzioni +disponibili e caratteristiche del sistema (come i valori massimi e minimi dei +vari tipi di variabili, o la presenza del supporto del supporto per +l'operazione che interessa). Inoltre alcuni di questi limiti devono poter +essere determinabili anche in corso di esecuzione del programma, per non dover +ricompilare tutti i programmi quando si usa una nuova versione del kernel o si +cambia una delle configurazioni del sistema. Per tutto questo sono necessari +due tipi di funzionalità: +\begin{itemize*} +\item la possibilità di determinare limiti ed opzioni al momento della + compilazione. +\item la possibilità di determinare limiti ed opzioni durante l'esecuzione. +\end{itemize*} + +La prima funzionalità si può ottenere includendo gli opportuni header file, +mentre per la seconda sono ovviamante necessarie delle funzioni; la situazione +è complicata dal fatto che ci sono molti casi in cui alcuni di questi limiti +sono fissi in una implementazione mentre possono variare in un altra. +Quando i limiti sono fissi vengono definiti come macro nel file +\file{limits.h}, se invece possono variare, il loro valore sarà ottenibile +tramite la funzione \func{sysconf}. + +Lo standard ANSI C definisce dei limiti che sono tutti fissi e pertanto +disponibili al momanto della compilazione; un elenco è riportato in +\tabref{tab:sys_ansic_macro}, come ripreso da \file{limits.h}; come si vede +per la maggior parte attengono alle dimensioni dei tipi dei dati interi, le +informazioni analoghe per i dati in virgola mobile sono definite a parte e +accessibili includendo \file{float.h}. Un'altra costante prevista dallo +standard (l'unica che può non essere fissa e che pertanto non è definita in +\file{limits.h}) è \macro{FOPEN\_MAX}, essa deve essere definita in +\file{stdio.h} ed avere un valore minimo di 8. + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|r|l|} + \hline + \textbf{Macro}&\textbf{Valore}&\textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + \macro{MB\_LEN\_MAX}& 16 & massima dimensione di un + carattere multibyte\\ + \macro{CHAR\_BIT} & 8 & bit di \type{char}\\ + \macro{UCHAR\_MAX}& 255 & massimo di \type{unsigned char}\\ + \macro{SCHAR\_MIN}& -128 & minimo di \type{signed char}\\ + \macro{SCHAR\_MAX}& 127 & massimo di \type{signed char}\\ + \macro{CHAR\_MIN} &\footnotemark& minimo di \type{char}\\ + \macro{CHAR\_MAX} &\footnotemark& massimo di \type{char}\\ + \macro{SHRT\_MIN} & -32768 & minimo di \type{short}\\ + \macro{SHRT\_MAX} & 32767 & massimo di \type{short}\\ + \macro{USHRT\_MAX}& 65535 & massimo di \type{unsigned short}\\ + \macro{INT\_MAX} & 2147483647 & minimo di \type{int}\\ + \macro{INT\_MIN} &-2147483648 & minimo di \type{int}\\ + \macro{UINT\_MAX} & 4294967295 & massimo di \type{unsigned int}\\ + \macro{LONG\_MAX} & 2147483647 & massimo di \type{long}\\ + \macro{LONG\_MIN} &-2147483648 & minimo di \type{long}\\ + \macro{ULONG\_MAX}& 4294967295 & massimo di \type{unsigned long}\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Macro definite in \file{limits.h} in conformità allo standard + ANSI C.} + \label{tab:sys_ansic_macro} +\end{table} + +\footnotetext[1]{il valore può essere 0 o \macro{SCHAR\_MIN} a seconda che il + sistema usi caratteri con segno o meno.} + +\footnotetext[2]{il valore può essere \macro{UCHAR\_MAX} o \macro{SCHAR\_MAX} + a seconda che il sistema usi caratteri con segno o meno.} + +A questi valori lo standard ISO C90 ne aggiunge altri tre, relativi al tipo +\type{long long} introdotto con il nuovo standard, i relativi valori sono in +\tabref{tab:sys_isoc90_macro}. + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|r|l|} + \hline + \textbf{Macro}&\textbf{Valore}&\textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + \macro{LLONG\_MAX}& 9223372036854775807&massimo di \type{long long}\\ + \macro{LLONG\_MIN}&-9223372036854775808&minimo di \type{long long}\\ + \macro{ULLONG\_MAX}&18446744073709551615& + massimo di \type{unsigned long long}\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Macro definite in \file{limits.h} in conformità allo standard + ISO C90.} + \label{tab:sys_isoc90_macro} +\end{table} + +Lo standard POSIX.1 definisce 33 diversi limiti o costanti, 15 delle quali, +riportate in \secref{tab:sys_posix1_base}, devono essere sempre dichiarate, +in quanto definiscono dei valori minimi che qualunque implementazione che sia +conforme allo standard deve avere; molti di questi valori sono di scarsa +utilità, essendo troppo ristretti ed ampiamente superati in tutte le +implementazioni dello standard. + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|r|p{8cm}|} + \hline + \textbf{Macro}&\textbf{Valore}&\textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + \macro{\_POSIX\_ARG\_MAX} &4096 & dimensione massima degli argomenti + passati ad una funzione della famiglia + \func{exec}.\\ + \macro{\_POSIX\_CHILD\_MAX} &6 & numero massimo di processi contemporanei + che un utente può eseguire.\\ + \macro{\_POSIX\_LINK\_MAX} &8 & numero massimo di link a un file\\ + \macro{\_POSIX\_MAX\_CANON}&255 & spazio disponibile nella coda di input + canonica del terminale\\ + \macro{\_POSIX\_MAX\_INPUT}&255 & spazio disponibile nella coda di input + del terminale\\ + \macro{\_POSIX\_NGROUPS\_MAX}&0 & numero di gruppi supplementari per + processo.\\ + \macro{\_POSIX\_OPEN\_MAX} &16 & numero massimo di file che un processo + può mantenere aperti in contemporanea.\\ + \macro{\_POSIX\_NAME\_MAX}& 14 & lunghezza in byte di un nome di file. \\ + \macro{\_POSIX\_PATH\_MAX}& 256 & lunghezza in byte di pathname.\\ + \macro{\_POSIX\_PIPE\_BUF}& 512 & byte scrivibili atomicamente in una + pipe\\ + \macro{\_POSIX\_SSIZE\_MAX}&32767& valore massimo del tipo + \type{ssize\_t}.\\ + \macro{\_POSIX\_STREAM\_MAX}&8 & massimo numero di stream aperti per + processo in contemporanea.\\ + \macro{\_POSIX\_TZNAME\_MAX}& & dimensione massima del nome di una + \texttt{timezone} (vedi ).\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Costanti fisse, definite in \file{limits.h}, richieste + obbligatoriamente allo standard POSIX.1.} + \label{tab:sys_posix1_base} +\end{table} + +Oltre a questi valori lo standard ne definisce altri a riguardo + + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|r|p{8cm}|} + \hline + \textbf{Macro}&\textbf{Valore}&\textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + \macro{\_POSIX\_AIO\_LISTIO\_MAX}& 2& \\ + \macro{\_POSIX\_AIO\_MAX}& 1& \\ + \macro{\_POSIX\_DELAYTIMER\_MAX}& 32 & \\ + \macro{\_POSIX\_MQ\_OPEN\_MAX}& 8& \\ + \macro{\_POSIX\_MQ\_PRIO\_MAX}& 32& \\ + \macro{\_POSIX\_FD\_SETSIZE}& 16 & \\ + \macro{\_POSIX\_NAME\_MAX}& 14& \\ + \macro{\_POSIX\_PATH\_MAX}& 256& \\ + \macro{\_POSIX\_PIPE\_BUF}& 512& \\ + \macro{\_POSIX\_SSIZE\_MAX}& 32767& \\ + \macro{\_POSIX\_STREAM\_MAX}&8 & \\ + \macro{\_POSIX\_TZNAME\_MAX}& 6& \\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Macro definite in \file{limits.h} in conformità allo standard + POSIX.1.} + \label{tab:sys_posix1_macro} +\end{table} + +Lo standard ANSI C definisce dei limiti solo sulle dimensioni dei tipi dei +dati, che sono ovviamente fissi, gli standard POSIX.1 e POSIX.2 definiscono +molti altri limiti attinenti a varie caratteristiche del sistema (come il +numero massimo di figli, la lunghezza di un pathname, ecc.) che possono essere +fissi o meno: quando sono fissi vengono definiti come macro nel file +\file{limits.h}, se invece possono variare, il loro valore sarà ottenibile +tramite la funzione \func{sysconf}. + + +\subsection{La funzione \func{sysconf}} +\label{sec:sys_sysconf} + +Come accennato in \secref{sec:sys_limits} quando uno dei limiti o delle +carateristiche del sistema può variare, per evitare di dover ricompilare un +programma tutte le volte che si cambiano le opzioni con cui è compilato il +kernel, o alcuni dei parametri modificabili a run time, è necessario ottenerne +il valore attraverso la funzione \func{sysconf}, il cui prototipo è: +\begin{prototype}{unistd.h}{long sysconf(int name)} + Restituisce il valore del parametro di sistema \param{name}. + + \bodydesc{La funzione restituisce indietro il valore del parametro + richiesto, o 1 se si tratta di un'opzione disponibile, 0 se l'opzione non + è disponibile e -1 in caso di errore (ma \var{errno} non viene settata).} +\end{prototype} + +La funzione prende come argomento un intero che specifica quale dei limiti si +vuole conoscere; uno specchietto contentente tutti quelli disponibili in +Linux, e la corrispondente macro di \func{limits.h}, è riportato in \ntab. + +\begin{table}[htb] + \centering + \footnotesize + \begin{tabular}[c]{|l|l|p{9cm}|} + \hline + \textbf{Parametro}&\textbf{Macro sostituita} &\textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + \texttt{\_SC\_ARG\_MAX} &\macro{ARG\_MAX}& + La dimensione massima degli argomenti passati ad una funzione + della famiglia \func{exec}.\\ + \texttt{\_SC\_CHILD\_MAX}&\macro{\_CHILD\_MAX}& + Il numero massimo di processi contemporanei che un utente può + eseguire.\\ + \texttt{\_SC\_CLK\_TCK}& \macro{CLK\_TCK} & + Il numero di \textit{clock tick} al secondo, cioè la frequenza delle + interruzioni del timer di sistema (vedi \secref{sec:proc_priority}).\\ + \texttt{\_SC\_STREAM\_MAX}& \macro{STREAM\_MAX}& + Il massimo numero di stream che un processo può mantenere aperti in + contemporanea. Questo liminte previsto anche dallo standard ANSI C, che + specifica la macro {FOPEN\_MAX}.\\ + \texttt{\_SC\_TZNAME\_MAX}&\macro{TZNAME\_MAX}& + La dimensione massima di un nome di una \texttt{timezone} (vedi ).\\ + \texttt{\_SC\_OPEN\_MAX}&\macro{\_OPEN\_MAX}& + Il numero massimo di file che un processo può mantenere aperti in + contemporanea.\\ + \texttt{\_SC\_JOB\_CONTROL}&\macro{\_POSIX\_JOB\_CONTROL}& + Indica se è supportato il \textit{job conotrol} (vedi + \secref{sec:sess_xxx}) in stile POSIX.\\ + \texttt{\_SC\_SAVED\_IDS}&\macro{\_POSIX\_SAVED\_IDS}& + Indica se il sistema supporta i \textit{saved id} (vedi + \secref{sec:proc_access_id}).\\ + \texttt{\_SC\_VERSION}& \macro{\_POSIX\_VERSION} & + Indica il mese e l'anno di approvazione della revisione dello standard + POSIX.1 a cui il sistema fa riferimento, nel formato YYYYMML, la + revisione più recente è 199009L, che indica il Settembre 1990.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Parametri del sistema leggibili dalla funzione \func{sysconf}.} + \label{tab:sys_sysconf_par} +\end{table} + + + +\subsection{Opzioni e configurazione del sistema} +\label{sec:sys_sys_config} + +La funzione \func{sysctl} ... + + + +\subsection{La configurazione dei filesystem} +\label{sec:sys_file_config} + +La funzione \func{statfs} ... + +La funzione \func{pathconf} ... + + + + +\section{Limitazione ed uso delle risorse} +\label{sec:sys_res_limits} + +In questa sezione esamimeremo le funzioni che permettono di esaminare e +controllare come le varie risorse del sistema (CPU, memoria, ecc.) vengono +utilizzate dai processi, e le modalità con cui è possibile imporre dei limiti +sul loro utilizzo. + + + +\subsection{L'uso delle risorse} +\label{sec:sys_resource_use} + + +\subsection{Limiti sulle risorse} +\label{sec:sys_resource_limit} + + +\subsection{Le risorse di memoria} +\label{sec:sys_memory_res} + + +\subsection{Le risorse di processore} +\label{sec:sys_cpu_load} + + + +\begin{figure}[!htb] + \footnotesize + \centering + \begin{minipage}[c]{15cm} + \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{} +struct rusage { + struct timeval ru_utime; /* user time used */ + struct timeval ru_stime; /* system time used */ + long ru_maxrss; /* maximum resident set size */ + long ru_ixrss; /* integral shared memory size */ + long ru_idrss; /* integral unshared data size */ + long ru_isrss; /* integral unshared stack size */ + long ru_minflt; /* page reclaims */ + long ru_majflt; /* page faults */ + long ru_nswap; /* swaps */ + long ru_inblock; /* block input operations */ + long ru_oublock; /* block output operations */ + long ru_msgsnd; /* messages sent */ + long ru_msgrcv; /* messages received */ + long ru_nsignals; ; /* signals received */ + long ru_nvcsw; /* voluntary context switches */ + long ru_nivcsw; /* involuntary context switches */ +}; + \end{lstlisting} + \end{minipage} + \normalsize + \caption{La struttura \var{rusage} per la lettura delle informazioni dei + delle risorse usate da un processo.} + \label{fig:sys_rusage_struct} +\end{figure} + + + + +\var{tms\_utime}, \var{tms\_stime}, \var{tms\_cutime}, \var{tms\_uetime} + + + +\section{La gestione dei tempi del sistema} +\label{sec:sys_time} + +In questa sezione tratteremo le varie funzioni per la gestione delle +date e del tempo in un sistema unix-like, e quelle per convertire i vari +tempi nelle differenti rappresentazioni che vengono utilizzate. \subsection{La misura del tempo in unix} -\label{sec:intro_unix_time} +\label{sec:sys_unix_time} -Storicamente i sistemi unix-like hanno sempre mantenuto due distinti valori -per i tempi all'interno del sistema, essi sono rispettivamente chiamati -\textit{calendar time} e \textit{process time}, secondo le definizioni: +Storicamente i sistemi unix-like hanno sempre mantenuto due distinti +valori per i tempi all'interno del sistema, essi sono rispettivamente +chiamati \textit{calendar time} e \textit{process time}, secondo le +definizioni: \begin{itemize} \item \textit{calendar time}: è il numero di secondi dalla mezzanotte del primo gennaio 1970, in tempo universale coordinato (o UTC), data che viene @@ -19,17 +373,17 @@ per i tempi all'interno del sistema, essi sono rispettivamente chiamati dato che l'UTC corrisponde all'ora locale di Greenwich. È il tempo su cui viene mantenuto l'orologio del calcolatore, e viene usato ad esempio per indicare le date di modifica dei file o quelle di avvio dei processi. Per - memorizzare questo tempo è stato riservato il tipo primitivo \func{time\_t}. + memorizzare questo tempo è stato riservato il tipo primitivo \type{time\_t}. \item \textit{process time}: talvolta anche detto tempo di CPU. Viene misurato in \textit{clock tick}, corrispondenti al numero di interruzioni effettuate dal timer di sistema, e che per Linux avvengono ogni centesimo di secondo\footnote{eccetto per la piattaforma alpha dove avvengono ogni millesimo di secondo}. Il dato primitivo usato per questo tempo è - \func{clock\_t}, inoltre la costante \macro{HZ} restituisce la frequenza di + \type{clock\_t}, inoltre la costante \macro{HZ} restituisce la frequenza di operazione del timer, e corrisponde dunque al numero di tick al secondo. Lo standard POSIX definisce allo stesso modo la costante \macro{CLK\_TCK}); questo valore può comunque essere ottenuto con \func{sysconf} (vedi - \secref{sec:intro_limits}). + \secref{sec:sys_limits}). \end{itemize} In genere si usa il \textit{calendar time} per tenere le date dei file e le @@ -60,8 +414,10 @@ time viene chiamato \textit{CPU time}. + + \section{La gestione degli errori} -\label{sec:intro_errors} +\label{sec:sys_errors} La gestione degli errori è in genere una materia complessa. Inoltre il modello utilizzato dai sistema unix-like è basato sull'architettura a processi, e @@ -69,8 +425,8 @@ presenta una serie di problemi nel caso lo si debba usare con i thread. Esamineremo in questa sezione le sue caratteristiche principali. -\subsection{La variabile \func{errno}} -\label{sec:intro_errno} +\subsection{La variabile \var{errno}} +\label{sec:sys_errno} Quasi tutte le funzioni delle librerie del C sono in grado di individuare e riportare condizioni di errore, ed è una buona norma di programmazione @@ -86,8 +442,8 @@ Per riportare il tipo di errore il sistema usa la variabile globale problemi (ad esempio nel caso dei thread) ma lo standard ISO C consente anche di definire \var{errno} come un \textit{modifiable lvalue}, quindi si può anche usare una macro, e questo è infatti il modo usato da Linux per - renderla locale ai singoli thread }, definita nell'header \file{errno.h}, la -variabile è in genere definita come \var{volatile} dato che può essere + renderla locale ai singoli thread.}, definita nell'header \file{errno.h}; la +variabile è in genere definita come \type{volatile} dato che può essere cambiata in modo asincrono da un segnale (per una descrizione dei segnali si veda \secref{cha:signals}), ma dato che un manipolatore di segnale scritto bene salva e ripristina il valore della variabile, di questo non è necessario @@ -115,7 +471,7 @@ verificato il fallimento della funzione attraverso il suo codice di ritorno. \subsection{Le funzioni \func{strerror} e \func{perror}} -\label{sec:intro_strerror} +\label{sec:sys_strerror} Benché gli errori siano identificati univocamente dal valore numerico di \var{errno} le librerie provvedono alcune funzioni e variabili utili per @@ -123,8 +479,8 @@ riportare in opportuni messaggi le condizioni di errore verificatesi. La prima funzione che si può usare per ricavare i messaggi di errore è \func{strerror}, il cui prototipo è: \begin{prototype}{string.h}{char * strerror(int errnum)} - La funzione ritorna una stringa (statica) che descrive l'errore il cui - codice è passato come parametro. + Ritorna una stringa (statica) che descrive l'errore il cui codice è passato + come parametro. \end{prototype} In generale \func{strerror} viene usata passando \var{errno} come parametro; @@ -136,10 +492,11 @@ provvista\footnote{questa funzione standard POSIX} una versione apposita: \begin{prototype}{string.h} {char * strerror\_r(int errnum, char * buff, size\_t size)} - La funzione è analoga a \func{strerror} ma ritorna il messaggio in un buffer - specificato da \var{buff} di lunghezza massima (compreso il terminatore) - \var{size}. + Analoga a \func{strerror} ma ritorna il messaggio in un buffer + specificato da \param{buff} di lunghezza massima (compreso il terminatore) + \param{size}. \end{prototype} +\noindent che utilizza un buffer che il singolo thread deve allocare, per evitare i problemi connessi alla condivisione del buffer statico. Infine, per completare la caratterizzazione dell'errore, si può usare anche la variabile @@ -148,11 +505,11 @@ globale\footnote{anche questa attualmente in esecuzione. Una seconda funzione usata per riportare i codici di errore in maniera -automatizzata sullo standard error (vedi \secref{sec:file_stdfiles}) è +automatizzata sullo standard error (vedi \secref{sec:file_std_descr}) è \func{perror}, il cui prototipo è: \begin{prototype}{stdio.h}{void perror (const char *message)} - La funzione stampa il messaggio di errore relativo al valore corrente di - \var{errno} sullo standard error; preceduto dalla stringa \var{message}. + Stampa il messaggio di errore relativo al valore corrente di \var{errno} + sullo standard error; preceduto dalla stringa \var{message}. \end{prototype} i messaggi di errore stampati sono gli stessi di \func{strerror}, (riportati in \capref{cha:errors}), e, usando il valore corrente di \var{errno}, si @@ -205,10 +562,15 @@ o la macro (\texttt{\small 15--17}) associate a quel codice. } \end{lstlisting} \caption{Codice per la stampa del messaggio di errore standard.} - \label{fig:intro_err_mess} + \label{fig:sys_err_mess} \end{figure} -\subsection{Valori e limiti del sistema} -\label{sec:sys_limits} +\section{La gestione di utenti e gruppi} +\label{sec:sys_user_group} + +%%% Local Variables: +%%% mode: latex +%%% TeX-master: "gapil" +%%% End: