Curso de programación de sistemas en Linux

Lección 1 • Introducción a las Llamadas al Sistema

Demuestra cómo los programas de usuario invocan servicios del kernel a través de llamadas al sistema usando envoltorios de glibc y syscall crudo. Conecta las funciones de la biblioteca C con sus operaciones subyacentes del kernel.

Lección 2 • Arquitectura de Linux y Visión General del Kernel

Cubre el espacio kernel vs. espacio usuario, diseño de kernel monolítico y abstracción de hardware. Establece el marco conceptual del que dependen todos los temas de programación subsiguientes.

Lección 3 • Compilación, Enlazado y Carga

Explica el pipeline completo de herramientas desde el código fuente hasta el ejecutable, incluyendo enlazado estático y dinámico. Prepara a los estudiantes para diagnosticar errores de construcción y entender la estructura binaria.

Lección 4 • Fundamentos del Lenguaje C para Trabajo de Sistemas

Revisa punteros, disposición de memoria, structs y operaciones a nivel de bits críticas para el código de sistemas. Une el conocimiento general de C con los patrones de bajo nivel utilizados a lo largo del curso.

Lección 1 • Operaciones de Directorios y Metadatos

Enseña stat(), recorrido de directorios y gestión de enlaces incluyendo enlaces duros y simbólicos. Permite a los programas inspeccionar y manipular la estructura del sistema de archivos programáticamente.

Lección 2 • Operaciones de Archivo POSIX

Cubre open(), read(), write(), lseek() y close() con todos los flags y modos relevantes. Enseña patrones de uso correctos y trampas comunes como lecturas y escrituras parciales.

Lección 3 • Archivos Mapeados en Memoria

Demuestra mmap() para mapear archivos en el espacio de direcciones del proceso para E/S rápida y datos compartidos. Conecta la E/S de archivos con los conceptos de memoria virtual introducidos en capítulos posteriores.

Lección 4 • Descriptores de Archivo y Archivos Abiertos

Explica la tabla de archivos abiertos, los enteros descriptores de archivo y las estructuras de datos del kernel detrás de ellos. Fundamenta todo el trabajo de E/S subsiguiente en un modelo preciso de cómo el kernel rastrea los archivos abiertos.

Lección 1 • Atributos e Internos del Proceso

Examina PID, PPID, UID, GID y los campos del descriptor de proceso que el kernel mantiene. Proporciona el vocabulario y modelo de datos necesarios para controlar procesos programáticamente.

Lección 2 • Espera y Recolección de Hijos

Enseña wait(), waitpid() y waitid() para recolectar el estado de salida de los hijos y prevenir zombies. Asegura que los estudiantes escriban programas multiproceso libres de fugas.

Lección 3 • Ejecución de Programas con exec()

Explica la familia exec, el paso de argumentos y entorno, y lo que se preserva a través de exec. Permite a los estudiantes construir shells y lanzadores de procesos que reemplazan imágenes de proceso correctamente.

Lección 4 • Creación de Procesos con fork()

Cubre la semántica de copia al escribir, el manejo del valor de retorno y la herencia de recursos después de fork(). Construye la base para todos los patrones de programación multiproceso en el curso.

Lección 1 • Conceptos de Señales y Señales Estándar

Introduce números de señal, disposiciones predeterminadas y el mecanismo de entrega del kernel. Establece el modelo conceptual requerido antes de escribir cualquier código de manejo de señales.

Lección 2 • Máscaras de Señales y Bloqueo

Enseña sigprocmask(), manipulación de sigset_t y protección de secciones críticas mediante bloqueo. Permite a los estudiantes prevenir carreras de señales en operaciones de múltiples pasos.

Lección 3 • Programación Async-Signal-Safe

Identifica funciones async-signal-safe y patrones para escribir manejadores correctos y reentrantes. Previene los errores sutiles que surgen al llamar funciones inseguras dentro de los manejadores.

Lección 4 • Señales en Tiempo Real y signalfd

Cubre señales POSIX en tiempo real, garantías de encolamiento y la interfaz signalfd() para manejo síncrono. Extiende las habilidades de señales a arquitecturas de alta confiabilidad y orientadas a eventos.

Lección 1 • Colas de Mensajes POSIX

Enseña mq_open(), mq_send(), mq_receive() y entrega de mensajes basada en prioridad. Proporciona una alternativa estructurada y tipada a los pipes de flujo de bytes para IPC orientado a mensajes.

Lección 2 • Comparación y Selección de Mecanismos IPC

Analiza las ventajas y desventajas de rendimiento, latencia, complejidad y persistencia en todos los tipos de IPC. Equipa a los estudiantes para tomar decisiones arquitectónicas informadas en diseños de sistemas reales.

Lección 3 • Semáforos POSIX

Cubre semáforos con nombre y sin nombre, sem_wait/sem_post y patrones de exclusión mutua. Proporciona la capa de sincronización necesaria para usar memoria compartida de forma segura.

Lección 4 • Pipes y FIFOs

Cubre pipes anónimos, creación de FIFOs y el patrón productor-consumidor para procesos relacionados y no relacionados. Introduce IPC de flujo de bytes unidireccional como la primitiva de coordinación más simple.

Lección 1 • Uso Avanzado de mmap()

Demuestra MAP_ANONYMOUS, MAP_FIXED, huge pages y madvise() para ajuste de desempeño. Extiende las habilidades de mmap() de E/S de archivos a gestión de memoria de propósito general.

Lección 2 • Asignación de Heap y el Asignador

Cubre malloc(), calloc(), realloc(), free() y los internos del asignador de glibc incluyendo arenas. Enseña patrones de asignación correctos y cómo evitar la corrupción del heap.

Lección 3 • Protección de Memoria y Permisos

Enseña mprotect() para cambiar permisos de página y páginas guardia para detección de desbordamiento de pila. Permite a los estudiantes implementar técnicas de endurecimiento de seguridad a nivel de memoria.

Lección 4 • Arquitectura de Memoria Virtual

Explica tablas de páginas, disposición del espacio de direcciones virtuales y la interfaz /proc/pid/maps. Proporciona el modelo mental necesario para entender el comportamiento del asignador y la semántica de mmap().

Lección 1 • Creación de Hilos y Ciclo de Vida

Cubre pthread_create(), atributos de hilo, estado detached y pthread_join(). Establece el modelo de ciclo de vida del hilo sobre el que se construyen todos los temas de sincronización.

Lección 2 • Bloqueos de Lectura-Escritura y Barreras

Cubre rwlock para cargas de trabajo con muchas lecturas y pthread_barrier para sincronización de fases. Extiende el kit de herramientas de sincronización a patrones donde el bloqueo exclusivo es demasiado grueso.

Lección 3 • Variables de Condición

Demuestra pthread_cond_wait(), despertares espurios y el patrón de bucle de predicado. Permite a los hilos esperar eficientemente cambios de estado sin busy-waiting.

Lección 4 • Mutexes y Secciones Críticas

Enseña inicialización de mutex, disciplina de lock/unlock y tipos de mutex con verificación de errores. Proporciona la herramienta principal para proteger datos compartidos de modificaciones concurrentes.

Lección 1 • E/S No Bloqueante y epoll

Implementa un servidor orientado a eventos usando sockets no bloqueantes, epoll_create() y modo edge-triggered. Escala el manejo de conexiones más allá del modelo de un hilo por conexión.

Lección 2 • Fundamentos de la API de Socket

Cubre socket(), bind(), listen(), accept(), connect() y estructuras de dirección para IPv4 e IPv6. Establece la superficie central de la API sobre la que se construye toda la programación de red.

Lección 3 • UDP y Sockets de Datagrama

Cubre sendto(), recvfrom() y patrones de comunicación sin conexión para UDP. Contrasta la entrega no confiable de UDP con TCP e identifica casos de uso apropiados.

Lección 4 • Opciones de Socket y Características Avanzadas

Enseña getsockopt()/setsockopt() para ajustar buffers, keepalive y control del algoritmo Nagle. Permite el ajuste fino de desempeño y confiabilidad de las conexiones de red.