System calls. permettono ai programmi utente di richiedere servizi al Sistema Operativo. servizi come scrittura di file, stampa su video, ecc.

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1 Le System Calls

2 System calls permettono ai programmi utente di richiedere servizi al Sistema Operativo servizi come scrittura di file, stampa su video, ecc. corrispondenti procedure di libreria GNU C Library (glibc) es: chiamata di sistema READ invocata dalla procedura di libreria read res = read(fd, buffer, bytes)

3 System calls vs Function calls syscall() Spazio Utente fnctcall() Spazio Utente RET TRAP called_func() Spazio Kernel System Call Handler TRAP istruzione che permette di passare da stato utente a stato supervisore RET restituisce il controllo alla procedura di libreria

4 categorie principali Tipi di System calls 1. controllo dei processi/thread creazione ed esecuzione processi, allocazione memoria, ecc. 2. gestione file e file system creazione di file, apertura, lettura, scrittura, attributi, ecc. 3. gestione dei dispositivi request/release, lettura, scrittura, ecc. 4. gestione delle informazioni di sistema get/set data e ora, attributi e permessi, ecc. 5. comunicazione connessioni e scambio messaggi, ecc.

5 Tipi di system calls non confondere system call e funzioni printf() è una funzione di libreria (glibc) che utilizza la chiamata di sistema write() al suo interno man s2 write man s3 printf malloc() è una funzione di libreria (glibc) che utilizza le chiamate di sistema brk(), sbrk() e mmap() al suo interno man s2 brk man s2 mmap man s3 malloc

6 una selezione rappresentativa delle chiamate di sistema POSIX nel sistema operativo UNIX (v. Capitolo 7 del Tanenbaum)

7 controllo dei processi/thread pid_t fork() //crea un processo figlio pid_t wait(params...) //attende che un processo (figlio) termini pid_t waitpid(params...) // attende che un processo (figlio) cambi stato int execve(params...) // esegue un programma int kill(params...) // manda un segnale ad un processo int pause() // sospende il processo, in attesa di un segnale

8 gestione della memoria int brk(void *addr) // seleziona dimensione di un segmento dati void *sbrk(int increment) // incrementa la dimensione di un segmento dati void *mmap(params...) // crea mapping di un file in memoria int munmap(params...) // cancella mapping in un indirizzo specifico

9 gestione file e directory int open(void *addr) // apre un file in lettura e/o scrittura int close(params...) // chiude un file aperto size_t read(params...) // legge dati da un file nel buffer size_t write(params...) // scrive dati dal buffer in un file int mkdir(params...) // crea una nuova directory int chmod(params...) // cambiai permessi di un file

10 gestione Input/Output (emulazione di terminale) Struct termio { unsigned short c_iflag; /* input mode flags */ unsigned short c_oflag; /* output mode flags */ unsigned short c_cflag; /* control mode flags */ unsigned short c_lflag; /* local mode flags */ unsigned char c_line; /* line discipline */ unsigned char c_cc[ncc]; /* control characters */ ; terminale è un dispositivo attraverso cui l'utente può dialogare con un interprete di comandi o altri programmi esempi di terminale porta seriale (/dev/ttys0) terminale virtuale (/dev/tty1, /dev/tty2, ecc.) xterm (/dev/ttyp0 o /dev/pts/0)

11 gestione Input/Output (emulazione di terminale) int cfsetospeed(void *addr) // seleziona velocità di output int cfsetispeed(params...) // seleziona velocità di input size_t cfgetospeed(params...) // rileva velocità di output size_t cfgetispeed(params...) // rileva velocità di input int tcsetattr(params...) // definisce attributi del terminale int tcgetattr(params...) // rileva attributi del terminale

12 è anche possibile invocare una system call con la funzione di libreria syscall syscall(int number, ) permette di invocare una system call utilizzando un number specifico. (utile con system call che non hanno wrapper in C) la lista dei number di system call è contenuta nei file di sistema syscall.h e unistd.h per approfondire

13 #include <syscall.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <sys/types.h> int main(void) { long id1, id2; /* */ /* System Call diretta */ /* SYS_getpid (numero 20) */ /* */ id1 = syscall(sys_getpid); printf ("syscall(sys_getpid)=%ld\n", id1); /* */ /* System Call da funzione "libc" */ /* SYS_getpid (numero 20) */ /* */ id2 = getpid(); printf ("getpid()=%ld\n", id2); return 0;

14 #include <syscall.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <sys/types.h> int main(void) { long id1, id2; /* */ /* System Call diretta */ /* SYS_getpid (numero 20) */ /* */ id1 = syscall(sys_getpid); printf ("syscall(sys_getpid)=%ld\n", id1); /* */ /* System Call da funzione "libc" */ /* SYS_getpid (numero 20) */ /* */ id2 = getpid(); printf ("getpid()=%ld\n", id2); Output: $./a.out syscall(sys_getpid)=5764 getpid()=5764 return 0;

15 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <syscall.h> int main(int argc, char*argv[]){ pid_t pid; int num; pid = fork(); if(pid == 0) { /* FIGLIO */ num = getpid(); printf("il PID del FIGLIO è %d\n", num); else if(pid > 0) { /* PADRE */ num = getpid(); printf("il PID del PADRE è %d\n", num); exit(0);

16 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <syscall.h> int main(int argc, char*argv[]){ pid_t pid; int num; pid = fork(); if(pid == 0) { /* FIGLIO */ num = getpid(); printf("il PID del FIGLIO è %d\n", num); else if(pid > 0) { /* PADRE */ num = getpid(); printf("il PID del PADRE è %d\n", num); exit(0); Output: $./a.out il PID del FIGLIO è 6023 il PID del PADRE è 6024

17 dettagli su fork ed exec UNIX System calls fork() crea un processo identico al processo chiamante, ad eccezione del pid restituisce 0 al figlio e pid al padre (-1 al padre in caso di fallimento) spazio di indirizzamento del nuovo processo è un duplicato di quello del padre due diverse tabelle dei descrittori di file exec*() (famiglia di funzioni) differenziano un processo rimpiazzando il suo spazio di indirizzamento con quello di un file eseguibile, passato come parametro execve è la vera chiamata di sistema execl, execlp, execle, execv, execvp sono funzioni di libreria che invocano execve

18 dettagli su fork ed exec UNIX System calls fork ed exec spesso utilizzati in sequenza per eseguire un programma come figlio del processo corrente es: da shell si lancia il programma ls la shell esegue una fork il processo figlio esegue una exec e carica il programma ls in memoria il processo padre attende che il processo figlio termini

19 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char*argv[]){ pid_t figlio; /* La lista di argomenti termina con NULL */ char* args[] = { ls, la,./, NULL ; figlio = fork(); if(figlio!= 0) { printf("processo PADRE in attesa\n ); wait(); printf( Il FIGLIO ha terminato. E anche il PADRE\n ); return 0; else if(figlio == 0) { execvp(args[0], args); /* execvp ritorna un valore solo in caso di errore */ fprintf (stderr, "Errore in EXECVP\n"); abort (); exit(0);

20 le chiamate di sistema possono fallire ritornano un valore diverso da zero tipicamente -1, ma anche NULL, SIG_ERR o altro consultare man per ogni system call le system call inseriscono il codice relativo all'errore nella variabile globale errno (errno.h) sovrascritta da ogni successiva system call controllare esito della chiamata immediatamente dopo il ritorno

21 #include <errno.h> /* variabile globale errno */... if ( read(fd, buffer, bytes) == 1 ) { fprintf(stderr, "Errore nella read: %d\n", errno); exit(exit_failure); return 0;

22 #include <errno.h> /* variabile globale errno */... if ( read(fd, buffer, bytes) == 1 ) { fprintf(stderr, "Errore nella read: %d\n", errno); exit(exit_failure); return 0; Output: $./a.out Errore nella read: 9 file descriptor errato

23 codici di errore poco significativi utilizzare perror() per stampare il messaggio di errore (includere stdio.h e errno.h) perror( msg ) stampa 'msg: messaggio_di_errore'

24 codici di errore poco significativi utilizzare perror() per stampare il messaggio di errore (includere stdio.h e errno.h) perror( msg ) stampa 'msg: messaggio_di_errore' #include <errno.h> /* variabile globale errno */ #include <stdio.h>... if ( read(fd, buffer, bytes) == 1 ) { perror( Errore nella read ); exit(exit_failure); return 0;

25 codici di errore poco significativi utilizzare perror() per stampare il messaggio di errore (includere stdio.h e errno.h) perror( msg ) stampa 'msg: messaggio_di_errore' #include <errno.h> /* variabile globale errno */ #include <stdio.h>... if ( read(fd, buffer, bytes) == 1 ) { perror( Errore nella read ); exit(exit_failure); return 0; Output: $./a.out Errore nella read: Bad File Number

26 chiamate di sistema che consentono di eseguire operazioni di I/O sui file open(), close(), read(), write, lseek()

27 chiamate di sistema che operano sui file int open(char *path, int flags, mode_t mode); int close(int fd); int read(int fd, char *buf, int size); int write(int fd, char *buf, int size); off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

28 int open(char *path, int flags, mode_t mode); permette di aprire (o eventualmente creare) un file ritorna un nuovo descrittore di file (fd) imposta/controlla le modalità di accesso (flags) O_RDONLY sola lettura, O_WRONLY sola scrittura, O_RDWR entrambe (obbligatori) modalità di creazione (O_CREAT, O_NOCTTY, ecc.), necessarie solo se il file non esiste permessi al file, opzionali se il file esiste già (mode) in caso di errore ritorna -1 (e setta errno) man s2 open

29 int fd; /* Descrittore del file*/ if ( (fd= open( file.c, O_RDONLY)) == 1 ) { perror( Apertura di file.c ); exit(errno);

30 int creat(char *path, mode_t mode); crea un nuovo file restituisce un nuovo descrittore di file, o -1 in caso di errore permette di settare I permessi al file creato (v. man) equivale ad una chiamata a open() con flags O_CREAT O_WRONLY O_TRUNC man s2 creat

31 int read(int fd, char *buf, size_t N); tenta di leggere N bytes dal descrittore di file (fd), scrivendo i dati letti nell'area di memoria puntata da buf. restituisce il numero di bytes letti; -1 in caso di errore man s2 read

32 int fd, len; char buf[n]; /* apertura file */ if( (fd = open( file.c, ORDONLY) == 1 ) { perror( Scrittra file.c ); exit(errno); while( (len = read(fd, buf, N)) > 0 ){ /* operazioni sul file */ if ( len == 1 ) { perror( Lettura file.c ); exit(errno);

33 int write(int fd, char *buf, size_t N); scrive N bytes dall'area di memoria puntata da buf nel file indicato dal descrittore di file (fd) restituisce il numero di bytes scritti; -1 in caso di errore se il file è stato aperto (open) in modalità O_APPEND, la scrittura inizia dalla fine del file. man s2 write

34 int fd, len; char buf[n];... /* apertura file */ while( (len = read(fd, buf, N)) > 0 ){ if( write(1, buf, len) == 1 ) { perror( Scrittura file.c ); exit(errno); if( len == 1 ) { perror( Lettura file.c ); exit(errno);

35 int close(int fd); libera un descrittore di file (fd) il descrittore di file può essere riutilizzato ritorna 0 in caso di successo, -1 in caso di errore, e setta errno man s2 close

36 int fd, len; char buf[n];... /* apertura del file */ while( (len = read(fd, buf, N)) >0 ) { if( write(1, buf, len) == 1 ) { perror( Scrittra file.c ); exit(errno); if ( len == 1){ perror( Lettura file.c ); exit(errno); if ( close(fd) == 1 ) { perror( Close file.c ); exit(errno);

37 off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence); sposta l'offset di apertura del file associato al descrittore di file (fd) in base al paramentro offset, a partire dalla posizione indicata da whence ritorna l'offset ottenuto, in byte, calcolato dall'inizio del file; -1 in caso di errore offset indica di quanti byte ci si vuole spostare (anche negativo) whence può essere SEEK_SET (inizio file), SEEK_CUR (posizione attuale) o SEEK_END (fine file) man s2 lseek

38 #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <errno.h> int fd, len; off_t pos; char buf[n]; if( (fd = open("file.txt", O_RDONLY)) == 1) { perror( Apertura file.txt ); exit(errno); if( (len = read(fd,buf, N)) == 1 ) exit(errno); printf("%s\n",buf); /* posiziona l'offset a 10 byte dall'inizio del file */ if( (pos = lseek(fd, 10, SEEK_SET)) == 1 ) exit(errno); if( (len = read(fd, buf, N)) == 1 ) exit(errno); printf("%s\n",buf);

39 Link Utili

40 Link utili libro di testo per sistemi operativi UNIX Advanced Unix Programming di Marc J. Rochkind. Addison-Wesley, 2004 risorse utili: libro su programmazione Linux (pdf, in inglese) Advanced Linux Programming di M. Mitchell, J.Oldham, A. Samuel. New Riders, 2001 guida alla programmazione in Linux

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