Cours de programmation système Linux

Leçon 1 • Introduction aux appels système

Montre comment les programmes utilisateur invoquent les services du noyau via des appels système à l'aide des wrappers glibc et de l'appel système brut. Relie les fonctions de la bibliothèque C à leurs opérations sous-jacentes du noyau.

Leçon 2 • Architecture Linux et présentation du noyau

Couvre l'espace noyau par rapport à l'espace utilisateur, la conception de noyau monolithique et l'abstraction matérielle. Établit le cadre conceptuel dont dépendent tous les sujets de programmation ultérieurs.

Leçon 3 • Compilation, édition de liens et chargement

Explique le pipeline complet des outils, du code source à l'exécutable, y compris l'édition de liens statique et dynamique. Prépare les étudiants à diagnostiquer les erreurs de construction et à comprendre la structure binaire.

Leçon 4 • Notions essentielles du langage C pour le travail système

Révise les pointeurs, l'organisation de la mémoire, les structures et les opérations bit à bit essentielles au code système. Fait le pont entre les connaissances générales en C et les modèles de bas niveau utilisés tout au long du cours.

Leçon 1 • Opérations sur les répertoires et métadonnées

Enseigne stat(), le parcours de répertoire et la gestion des liens, y compris les liens physiques et symboliques. Permet aux programmes d'inspecter et de manipuler la structure du système de fichiers par programme.

Leçon 2 • Opérations POSIX sur les fichiers

Couvre open(), read(), write(), lseek() et close() avec tous les indicateurs et modes pertinents. Enseigne les modèles d'utilisation corrects et les pièges courants tels que les lectures et écritures partielles.

Leçon 3 • Fichiers mappés en mémoire

Montre mmap() pour mapper des fichiers dans l'espace d'adressage des processus afin d'obtenir des E/S rapides et des données partagées. Relie les E/S de fichiers aux concepts de mémoire virtuelle présentés dans les chapitres suivants.

Leçon 4 • Descripteurs de fichiers et fichiers ouverts

Explique la table des fichiers ouverts, les entiers des descripteurs de fichiers et les structures de données du noyau qui les sous-tendent. Ancre tout travail d'E/S ultérieur dans un modèle précis de la manière dont le noyau suit les fichiers ouverts.

Leçon 1 • Aspects internes et attributs des processus

Examine le PID, le PPID, l'UID, le GID et les champs du descripteur de processus que le noyau maintient. Fournit le vocabulaire et le modèle de données nécessaires pour contrôler les processus par programme.

Leçon 2 • Attente et récolte des processus enfants

Enseigne wait(), waitpid() et waitid() pour collecter l'état de sortie des enfants et empêcher les zombies. Garantit que les étudiants écrivent des programmes multi-processus sans fuites.

Leçon 3 • Exécution de programmes avec exec()

Explique la famille exec, le passage des arguments et de l'environnement, et ce qui est préservé lors d'un exec. Permet aux étudiants de construire des shells et des lanceurs de processus qui remplacent correctement les images de processus.

Leçon 4 • Création de processus avec fork()

Couvre la sémantique de copie sur écriture, la gestion de la valeur de retour et l'héritage des ressources après fork(). Pose les fondations de tous les modèles de programmation multi-processus du cours.

Leçon 1 • Concepts de signaux et signaux standards

Présente les numéros de signaux, les dispositions par défaut et le mécanisme de distribution du noyau. Établit le modèle conceptuel nécessaire avant d'écrire du code de gestion des signaux.

Leçon 2 • Masques de signaux et blocage

Enseigne sigprocmask(), la manipulation de sigset_t et la protection des sections critiques via le blocage. Permet aux étudiants d'empêcher les conditions de course de signaux dans les opérations en plusieurs étapes.

Leçon 3 • Programmation asynchrone-sûre

Identifie les fonctions asynchrone-sûres et les modèles pour écrire des gestionnaires corrects et réentrants. Empêche les bogues subtils qui surviennent lors de l'appel de fonctions non sûres à l'intérieur des gestionnaires.

Leçon 4 • Signaux en temps réel et signalfd

Couvre les signaux en temps réel POSIX, les garanties de mise en file d'attente et l'interface signalfd() pour la gestion synchrone. Étend les compétences en matière de signaux aux architectures haute fiabilité et orientées événements.

Leçon 1 • Files de messages POSIX

Enseigne mq_open(), mq_send(), mq_receive() et la distribution de messages basée sur la priorité. Fournit une alternative structurée et typée aux tubes en flux d'octets pour une IPC orientée messages.

Leçon 2 • Comparaison et sélection des mécanismes IPC

Analyse les compromis en matière de débit, de latence, de complexité et de persistance pour tous les types d'IPC. Équipe les étudiants pour prendre des décisions architecturales éclairées dans des conceptions de systèmes réels.

Leçon 3 • Sémaphores POSIX

Couvre les sémaphores nommés et anonymes, sem_wait/sem_post et les modèles d'exclusion mutuelle. Fournit la couche de synchronisation nécessaire pour utiliser la mémoire partagée en toute sécurité.

Leçon 4 • Tubes et FIFO

Couvre les tubes anonymes, la création de FIFO et le modèle producteur-consommateur pour les processus apparentés et non apparentés. Présente l'IPC en flux d'octets unidirectionnel comme la primitive de coordination la plus simple.

Leçon 1 • Utilisation avancée de mmap()

Montre MAP_ANONYMOUS, MAP_FIXED, les pages énormes et madvise() pour le réglage des performances. Étend les compétences de mmap() des E/S de fichiers à la gestion générale de la mémoire.

Leçon 2 • Allocation de tas et allocateur

Couvre malloc(), calloc(), realloc(), free() et les aspects internes de l'allocateur glibc, y compris les arènes. Enseigne les modèles d'allocation corrects et comment éviter la corruption du tas.

Leçon 3 • Protection et permissions de la mémoire

Enseigne mprotect() pour changer les permissions des pages et les pages de garde pour la détection de dépassements de tampon. Permet aux étudiants de mettre en œuvre des techniques de durcissement de la sécurité au niveau de la mémoire.

Leçon 4 • Architecture de la mémoire virtuelle

Explique les tables de pages, l'organisation de l'espace d'adressage virtuel et l'interface /proc/pid/maps. Fournit le modèle mental nécessaire pour comprendre le comportement de l'allocateur et la sémantique de mmap().

Leçon 1 • Création et cycle de vie des threads

Couvre pthread_create(), les attributs de thread, l'état détaché et pthread_join(). Établit le modèle de cycle de vie des threads sur lequel tous les sujets de synchronisation s'appuient.

Leçon 2 • Verrous de lecture-écriture et barrières

Couvre rwlock pour les charges de travail avec prédominance de lectures et pthread_barrier pour la synchronisation par phases. Étend la boîte à outils de synchronisation aux modèles où le verrouillage exclusif est trop grossier.

Leçon 3 • Variables de condition

Montre pthread_cond_wait(), les réveils intempestifs et le modèle de boucle de prédicat. Permet aux threads d'attendre efficacement des changements d'état sans attente active (busy-waiting).

Leçon 4 • Mutex et sections critiques

Enseigne l'initialisation des mutex, la discipline de verrouillage/déverrouillage et les types de mutex avec vérification d'erreur. Fournit l'outil principal pour protéger les données partagées contre les modifications concurrentes.

Leçon 1 • E/S non bloquantes et epoll

Implémente un serveur orienté événements utilisant des sockets non bloquants, epoll_create() et le mode déclenché par front. Fait évoluer la gestion des connexions au-delà du modèle un thread par connexion.

Leçon 2 • Fondamentaux de l'API Socket

Couvre socket(), bind(), listen(), accept(), connect() et les structures d'adresse pour IPv4 et IPv6. Établit la surface d'API principale sur laquelle toute la programmation réseau s'appuie.

Leçon 3 • Sockets UDP et datagrammes

Couvre sendto(), recvfrom() et les modèles de communication sans connexion pour UDP. Contraste la distribution non fiable de l'UDP avec le TCP et identifie les cas d'utilisation appropriés.

Leçon 4 • Options de socket et fonctionnalités avancées

Enseigne getsockopt()/setsockopt() pour le réglage des tampons, du keepalive et du contrôle de l'algorithme de Nagle. Permet un réglage fin des performances et de la fiabilité des connexions réseau.