Guida alla Programmazione in Linux

713 Pages·2010·8.19 MB·Italian

GaPiL
Guida alla Programmazione in Linux
Simone Piccardi
25 luglio 2010
ii
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Indice
Un preambolo xiii
Prefazione xv
I Programmazione di sistema 1
1 L’architettura del sistema 3
1.1 Una panoramica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Concetti base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Il kernel e il sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 Chiamate al sistema e librerie di funzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.4 Un sistema multiutente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Gli standard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Lo standard ANSI C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 I tipi di dati primitivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3 Lo standard System V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.4 Lo“standard”BSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.5 Gli standard IEEE – POSIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.6 Gli standard X/Open – Opengroup – Unix . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.7 Il controllo di aderenza agli standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 L’interfaccia base con i processi 17
2.1 Esecuzione e conclusione di un programma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 La funzione main . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 Come chiudere un programma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.3 Le funzioni exit e _exit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.4 Le funzioni atexit e on_exit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.5 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 I processi e l’uso della memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 I concetti generali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 La struttura della memoria di un processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Allocazione della memoria per i programmi C . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.4 Il controllo della memoria virtuale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.5 Gestione avanzata dell’allocazione della memoria . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Argomenti, ambiente ed altre propriet`a di un processo . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 Il formato degli argomenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 La gestione delle opzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.3 Le variabili di ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.4 La localizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
iii
iv INDICE
2.4 Problematiche di programmazione generica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.1 Il passaggio delle variabili e dei valori di ritorno . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.2 Il passaggio di un numero variabile di argomenti . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4.3 Potenziali problemi con le variabili automatiche . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.4 Il controllo di flusso non locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 La gestione dei processi 45
3.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1 L’architettura della gestione dei processi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.2 Una panoramica sulle funzioni fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2 Le funzioni di base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.1 Gli identificatori dei processi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.2 La funzione fork e le funzioni di creazione dei processi . . . . . . . . . . . 49
3.2.3 La conclusione di un processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.4 La funzione waitpid e le funzioni di ricezione degli stati di uscita. . . . . 57
3.2.5 La funzione exec e le funzioni di esecuzione dei programmi . . . . . . . . 62
3.3 Il controllo di accesso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3.1 Gli identificatori del controllo di accesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3.2 Le funzioni di gestione degli identificatori dei processi . . . . . . . . . . . 68
3.3.3 Le funzioni per la gestione dei gruppi associati a un processo . . . . . . . 71
3.4 La gestione della priorit`a dei processi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.1 I meccanismi di scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.2 Il meccanismo di scheduling standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4.3 Il meccanismo di scheduling real-time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.4 Il controllo dello scheduler per i sistemi multiprocessore . . . . . . . . . . 81
3.4.5 Le priorit`a per le operazioni di I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5 Problematiche di programmazione multitasking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.5.1 Le operazioni atomiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.5.2 Le race condition ed i deadlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.3 Le funzioni rientranti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 L’architettura dei file 89
4.1 L’architettura generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.1.1 L’organizzazione di file e directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.1.2 I tipi di file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.1.3 Le due interfacce ai file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 L’architettura della gestione dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.1 Il Virtual File System di Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Il funzionamento del Virtual File System . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.3 Il funzionamento di un filesystem Unix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.2.4 I filesystem di uso comune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5 File e directory 101
5.1 La gestione di file e directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.1.1 Le funzioni link e unlink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.1.2 Le funzioni remove e rename . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.1.3 I link simbolici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.1.4 La creazione e la cancellazione delle directory . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.1.5 La creazione di file speciali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.1.6 Accesso alle directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.1.7 La directory di lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
INDICE v
5.1.8 I file temporanei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.2 La manipolazione delle caratteristiche dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.2.1 La lettura delle caratteristiche dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.2.2 I tipi di file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.2.3 Le dimensioni dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.2.4 I tempi dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.3 Il controllo di accesso ai file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3.1 I permessi per l’accesso ai file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3.2 I bit dei permessi speciali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.3.3 Le funzioni per la gestione dei permessi dei file . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.3.4 La gestione della titolarit`a dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.3.5 Un quadro d’insieme sui permessi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.4 Caratteristiche e funzionalit`a avanzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.4.1 La gestione delle capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.4.2 Gli attributi estesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.4.3 Le Access Control List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.4.4 La funzione chroot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6 I file: l’interfaccia standard Unix 161
6.1 L’architettura di base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1.1 L’architettura dei file descriptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1.2 I file standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.2 Le funzioni base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.2.1 La funzione open . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.2.2 La funzione close . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.2.3 La funzione lseek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.2.4 Le funzioni read e pread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.5 Le funzioni write e pwrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.3 Caratteristiche avanzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.1 La condivisione dei files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.2 Operazioni atomiche con i file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.3.3 Le funzioni sync e fsync . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.3.4 Le funzioni dup e dup2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.3.5 Le funzioni openat, mkdirat e affini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.3.6 La funzione fcntl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.3.7 La funzione ioctl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7 I file: l’interfaccia standard ANSI C 183
7.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.1.1 I file stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.1.2 Gli oggetti FILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.1.3 Gli stream standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.1.4 Le modalit`a di bufferizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2 Funzioni base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.2.1 Apertura e chiusura di uno stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.2.2 Lettura e scrittura su uno stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.2.3 Input/output binario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.2.4 Input/output a caratteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.2.5 Input/output di linea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.2.6 L’input/output formattato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.2.7 Posizionamento su uno stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
vi INDICE
7.3 Funzioni avanzate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.3.1 Le funzioni di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.3.2 Il controllo della bufferizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.3.3 Gli stream e i thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
8 La gestione del sistema, del tempo e degli errori 205
8.1 Capacit`a e caratteristiche del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1.1 Limiti e parametri di sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1.2 La funzione sysconf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.1.3 I limiti dei file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.1.4 La funzione pathconf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
8.1.5 La funzione uname . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
8.2 Opzioni e configurazione del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.1 La funzione sysctl ed il filesystem /proc . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.2 La gestione delle propriet`a dei filesystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.3 La gestione delle informazioni su utenti e gruppi . . . . . . . . . . . . . . 216
8.2.4 Il registro della contabilit`a degli utenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.3 Il controllo dell’uso delle risorse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.3.1 L’uso delle risorse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.3.2 Limiti sulle risorse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.3.3 Le risorse di memoria e processore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.3.4 La contabilit`a in stile BSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.4 La gestione dei tempi del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.4.1 La misura del tempo in Unix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.4.2 La gestione del process time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
8.4.3 Le funzioni per il calendar time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.4.4 La gestione delle date. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.5 La gestione degli errori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
8.5.1 La variabile errno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
8.5.2 Le funzioni strerror e perror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.5.3 Alcune estensioni GNU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
9 I segnali 239
9.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.1 I concetti base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.2 Le semantiche del funzionamento dei segnali . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.1.3 Tipi di segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.1.4 La notifica dei segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.2 La classificazione dei segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
9.2.1 I segnali standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
9.2.2 Segnali di errore di programma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.2.3 I segnali di terminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
9.2.4 I segnali di allarme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2.5 I segnali di I/O asincrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2.6 I segnali per il controllo di sessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
9.2.7 I segnali di operazioni errate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
9.2.8 Ulteriori segnali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
9.2.9 Le funzioni strsignal e psignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
9.3 La gestione di base dei segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9.3.1 Il comportamento generale del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9.3.2 La funzione signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
INDICE vii
9.3.3 Le funzioni kill e raise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.3.4 Le funzioni alarm, abort ed i timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
9.3.5 Le funzioni di pausa e attesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.3.6 Un esempio elementare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.4 La gestione avanzata dei segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
9.4.1 Alcune problematiche aperte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
9.4.2 Gli insiemi di segnali o signal set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.3 La funzione sigaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
9.4.4 La gestione della maschera dei segnali o signal mask . . . . . . . . . . . . 267
9.4.5 Ulteriori funzioni di gestione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
9.4.6 Criteri di programmazione per i gestori dei segnali . . . . . . . . . . . . . 271
9.5 Funzionalit`a avanzate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
9.5.1 I segnali real-time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
9.5.2 La gestione avanzata delle temporizzazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
9.5.3 Le interfacce per la notifica attraverso i file descriptor . . . . . . . . . . . 283
10 Terminali e sessioni di lavoro 285
10.1 Il job control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
10.1.1 Una panoramica introduttiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
10.1.2 I process group e le sessioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
10.1.3 Il terminale di controllo e il controllo di sessione . . . . . . . . . . . . . . 288
10.1.4 Dal login alla shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
10.1.5 Prescrizioni per un programma daemon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
10.2 L’I/O su terminale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
10.2.1 L’architettura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
10.2.2 La gestione delle caratteristiche di un terminale . . . . . . . . . . . . . . . 298
10.2.3 La gestione della disciplina di linea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
10.2.4 Operare in modo non canonico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
10.3 La gestione dei terminali virtuali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
10.3.1 I terminali virtuali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
10.3.2 Allocazione dei terminale virtuali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
11 La comunicazione fra processi 311
11.1 La comunicazione fra processi tradizionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
11.1.1 Le pipe standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
11.1.2 Un esempio dell’uso delle pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
11.1.3 Le funzioni popen e pclose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
11.1.4 Le pipe con nome, o fifo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
11.1.5 La funzione socketpair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
11.2 Il sistema di comunicazione fra processi di System V . . . . . . . . . . . . . . . . 324
11.2.1 Considerazioni generali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
11.2.2 Il controllo di accesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
11.2.3 Gli identificatori ed il loro utilizzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
11.2.4 Code di messaggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
11.2.5 Semafori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
11.2.6 Memoria condivisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
11.3 Tecniche alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
11.3.1 Alternative alle code di messaggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
11.3.2 I file di lock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
11.3.3 La sincronizzazione con il file locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
11.3.4 Il memory mapping anonimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
viii INDICE
11.4 Il sistema di comunicazione fra processi di POSIX . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
11.4.1 Considerazioni generali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
11.4.2 Code di messaggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
11.4.3 Memoria condivisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
11.4.4 Semafori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
12 La gestione avanzata dei file 379
12.1 Il file locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
12.1.1 L’advisory locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
12.1.2 La funzione flock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
12.1.3 Il file locking POSIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
12.1.4 La funzione lockf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
12.1.5 Il mandatory locking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
12.2 L’I/O multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
12.2.1 La problematica dell’I/O multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
12.2.2 Le funzioni select e pselect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
12.2.3 Le funzioni poll e ppoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
12.2.4 L’interfaccia di epoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
12.3 L’accesso asincrono ai file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
12.3.1 Il Signal driven I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
12.3.2 I meccanismi di notifica asincrona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
12.3.3 L’interfaccia POSIX per l’I/O asincrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
12.4 Altre modalit`a di I/O avanzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
12.4.1 File mappati in memoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
12.4.2 I/O vettorizzato: readv e writev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
12.4.3 L’I/O diretto fra file descriptor: sendfile e splice . . . . . . . . . . . . 429
12.4.4 Gestione avanzata dell’accesso ai dati dei file . . . . . . . . . . . . . . . . 436
13 I thread 443
13.1 Introduzione ai thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.1.1 Una panoramica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.1.2 I thread e Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.1.3 La system call clone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.1.4 Implementazioni alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.2 Posix thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.2.1 Una panoramica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.2.2 La gestione dei thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.2.3 I mutex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.2.4 Le variabili di condizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
II Programmazione di rete 445
14 Introduzione alla programmazione di rete 447
14.1 Modelli di programmazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
14.1.1 Il modello client-server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
14.1.2 Il modello peer-to-peer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
14.1.3 Il modello three-tier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
14.2 I protocolli di rete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
14.2.1 Il modello ISO/OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
14.2.2 Il modello TCP/IP (o DoD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
INDICE ix
14.2.3 Criteri generali dell’architettura del TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . 452
14.3 Il protocollo TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
14.3.1 Il quadro generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
14.3.2 Internet Protocol (IP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
14.3.3 User Datagram Protocol (UDP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
14.3.4 Transport Control Protocol (TCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
14.3.5 Limiti e dimensioni riguardanti la trasmissione dei dati . . . . . . . . . . 457
15 Introduzione ai socket 461
15.1 Una panoramica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
15.1.1 I socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
15.1.2 Concetti base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
15.2 La creazione di un socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
15.2.1 La funzione socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
15.2.2 Il dominio dei socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
15.2.3 Il tipo di socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
15.3 Le strutture degli indirizzi dei socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
15.3.1 La struttura generica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
15.3.2 La struttura degli indirizzi IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
15.3.3 La struttura degli indirizzi IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
15.3.4 La struttura degli indirizzi locali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
15.3.5 La struttura degli indirizzi AppleTalk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
15.3.6 La struttura degli indirizzi dei packet socket . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
15.4 Le funzioni di conversione degli indirizzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.4.1 La endianess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15.4.2 Le funzioni per il riordinamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
15.4.3 Le funzioni inet_aton, inet_addr e inet_ntoa . . . . . . . . . . . . . . 472
15.4.4 Le funzioni inet_pton e inet_ntop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
16 I socket TCP 475
16.1 Il funzionamento di una connessione TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
16.1.1 La creazione della connessione: il three way handshake . . . . . . . . . . . 475
16.1.2 Le opzioni TCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.1.3 La terminazione della connessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
16.1.4 Un esempio di connessione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
16.1.5 Lo stato TIME_WAIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
16.1.6 I numeri di porta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
16.1.7 Le porte ed il modello client/server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
16.2 Le funzioni di base per la gestione dei socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
16.2.1 La funzione bind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
16.2.2 La funzione connect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
16.2.3 La funzione listen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
16.2.4 La funzione accept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
16.2.5 Le funzioni getsockname e getpeername. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
16.2.6 La funzione close . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
16.3 Un esempio elementare: il servizio daytime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
16.3.1 Il comportamento delle funzioni di I/O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
16.3.2 Il client daytime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
16.3.3 Un server daytime iterativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
16.3.4 Un server daytime concorrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
16.4 Un esempio piu` completo: il servizio echo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
x INDICE
16.4.1 Il servizio echo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
16.4.2 Il client echo: prima versione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
16.4.3 Il server echo: prima versione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
16.4.4 L’avvio e il funzionamento normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
16.4.5 La conclusione normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
16.4.6 La gestione dei processi figli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
16.5 I vari scenari critici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
16.5.1 La terminazione precoce della connessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
16.5.2 La terminazione precoce del server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
16.5.3 Altri scenari di terminazione della connessione . . . . . . . . . . . . . . . 516
16.6 L’uso dell’I/O multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
16.6.1 Il comportamento della funzione select con i socket. . . . . . . . . . . . 519
16.6.2 Un esempio di I/O multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
16.6.3 La funzione shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
16.6.4 Un server basato sull’I/O multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
16.6.5 I/O multiplexing con poll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
17 La gestione dei socket 535
17.1 La risoluzione dei nomi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
17.1.1 La struttura del resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
17.1.2 Le funzioni di interrogazione del resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
17.1.3 La risoluzione dei nomi a dominio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
17.1.4 Le funzioni avanzate per la risoluzione dei nomi . . . . . . . . . . . . . . . 550
17.2 Le opzioni dei socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
17.2.1 Le funzioni setsockopt e getsockopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
17.2.2 Le opzioni generiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
17.2.3 L’uso delle principali opzioni dei socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
17.2.4 Le opzioni per il protocollo IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
17.2.5 Le opzioni per i protocolli TCP e UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
17.3 La gestione attraverso le funzioni di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
17.3.1 L’uso di ioctl e fcntl per i socket generici . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
17.3.2 L’uso di ioctl per l’accesso ai dispositivi di rete . . . . . . . . . . . . . . 585
17.3.3 L’uso di ioctl per i socket TCP e UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
17.4 La gestione con sysctl ed il filesystem /proc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
17.4.1 L’uso di sysctl e /proc per le propriet`a della rete . . . . . . . . . . . . . 591
17.4.2 I valori di controllo per i socket generici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
17.4.3 I valori di controllo per il protocollo IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
18 Gli altri tipi di socket 601
18.1 I socket UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
18.1.1 Le caratteristiche di un socket UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
18.1.2 Le funzioni sendto e recvfrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
18.1.3 Un client UDP elementare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
18.1.4 Un server UDP elementare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
18.1.5 Le problematiche dei socket UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
18.1.6 L’uso della funzione connect con i socket UDP . . . . . . . . . . . . . . . 612
18.2 I socket Unix domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
18.2.1 Il passaggio di file descriptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
18.3 Altri socket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
18.3.1 I socket raw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614
18.3.2 I socket netlink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614