Linux Rendszerprogramozás Tanfolyam

1. óra • Bevezetés a Rendszerhívásokba

Bemutatja, hogyan hívhatnak meg a felhasználói programok kernelszolgáltatásokat a glibc burkolófüggvényeken és a nyers syscall-on keresztül. Összeköti a C könyvtárfüggvényeket az alapul szolgáló kernelműveletekkel.

2. óra • Linux Architektúra és Kernel Áttekintés

Leírja a kernel és a felhasználói tér közötti különbséget, a monolitikus kerneltervet és a hardver-absztrakciós réteget. Megalapozza azt a koncepcionális keretrendszert, amelyre az összes további programozási téma épül.

3. óra • Fordítás, Linkelés és Betöltés

Elmagyarázza a teljes eszközlánc-folyamatot a forráskódtól a végrehajtható állományig, beleértve a statikus és dinamikus linkelést. Felkészíti a hallgatókat a fordítási hibák diagnosztizálására és a bináris szerkezet megértésére.

4. óra • C Nyelvi Alapismeretek Rendszerprogramozáshoz

Áttekinti a mutatók, a memóriaelrendezés, a struktúrák és a bitenkénti műveletek kritikus fontosságú elemeit a rendszerkódokban. Áthidalja az általános C ismereteket a kurzus során használt alacsony szintű mintákhoz.

1. óra • Könyvtár- és Metaadat-műveletek

A stat() függvény, a könyvtárbejárás és a linkek kezelését tanítja, beleértve a kemény és szimbolikus linkeket is. Lehetővé teszi, hogy a programok programozottan vizsgálják és módosítsák a fájlrendszer szerkezetét.

2. óra • POSIX Fájlműveletek

Lefedi az open(), read(), write(), lseek() és close() függvényeket az összes releváns jelzővel és móddal. Megtanítja a helyes használati mintákat és a gyakori buktatókat, mint például a részleges olvasások és írások.

3. óra • Memórialeképezett Fájlok

Bemutatja az mmap() használatát fájlok folyamatcímterébe történő leképezésére a gyors I/O és a megosztott adatok érdekében. Összeköti a fájl I/O-t a későbbi fejezetekben bemutatott virtuális memória fogalmakkal.

4. óra • Fájlleírók és Megnyitott Fájlok

Elmagyarázza a megnyitott fájlok tábláját, a fájlleíró egész számokat és a mögöttük álló kernel adatszerkezeteket. Minden további I/O munkát a kernel által a megnyitott fájlok nyomon követésére használt pontos modellre alapoz.

1. óra • Folyamat Belső Működés és Attribútumok

Vizsgálja a PID, PPID, UID, GID értékeket és a kernel által karbantartott folyamatleíró mezőket. Megadja a folyamatok programozott vezérléséhez szükséges szókincset és adatmodellt.

2. óra • Gyermekfolyamatokra Várakozás és Befejezésük

A wait(), waitpid() és waitid() függvények tanítása a gyermek kilépési státuszának begyűjtésére és a zombik megelőzésére. Biztosítja, hogy a hallgatók szivárgásmentes, többfolyamatos programokat írjanak.

3. óra • Programok Végrehajtása az exec() segítségével

Elmagyarázza az exec családot, az argumentum- és környezetátadást, valamint azt, hogy mi marad meg az exec során. Lehetővé teszi a hallgatók számára, hogy héjakat és folyamatindítókat építsenek, amelyek helyesen cserélik le a folyamat képmását.

4. óra • Folyamatok Létrehozása a fork() segítségével

Lefedi a másolás íráskor szemantikát, a visszatérési érték kezelését és az erőforrás-öröklést fork() után. Megalapozza a kurzus összes többfolyamatos programozási mintáját.

1. óra • Jel Fogalmak és Szabványos Jelek

Bemutatja a jelszámokat, az alapértelmezett dispozíciókat és a kernel kézbesítési mechanizmusát. Megalapozza azt a koncepcionális modellt, amely a jelkezelő kód megírása előtt szükséges.

2. óra • Jel Maszkok és Blokkolás

A sigprocmask(), a sigset_t manipuláció és a kritikus szakaszok blokkolással történő védelmének tanítása. Lehetővé teszi a hallgatók számára, hogy megelőzzék a jelversenyhelyzeteket a több lépésből álló műveletekben.

3. óra • Aszinkron-Jel-Biztos Programozás

Azonosítja az aszinkron-jel-biztos függvényeket és mintákat a helyes, reentráns kezelők írásához. Megelőzi azokat a finom hibákat, amelyek a nem biztonságos függvények kezelőkön belüli meghívásából származnak.

4. óra • Valós Idejű Jelek és a signalfd

Lefedi a POSIX valós idejű jeleket, a sorba állítási garanciákat és a signalfd() felületet a szinkron kezeléshez. Kiterjeszti a jelkészségeket a nagy megbízhatóságú és eseményvezérelt architektúrákra.

1. óra • POSIX Üzenetsorok

Az mq_open(), mq_send(), mq_receive() és a prioritás alapú üzenetkézbesítés tanítása. Strukturált, típusos alternatívát nyújt a bájfolyam-csövek helyett az üzenet-orientált IPC-hez.

2. óra • IPC Mechanizmusok Összehasonlítása és Kiválasztása

Elemzi az átviteli sebesség, késleltetés, komplexitás és perzisztencia közötti kompromisszumokat az összes IPC típus között. Felkészíti a hallgatókat a megalapozott architekturális döntések meghozatalára valós rendszertervekben.

3. óra • POSIX Szemaforok

Lefedi a névvel ellátott és névtelen szemaforokat, a sem_wait/sem_post függvényeket és a kölcsönös kizárás mintáit. Biztosítja a szinkronizációs réteget, amely a megosztott memória biztonságos használatához szükséges.

4. óra • Csövek és FIFO-k

Lefedi a névtelen csöveket, a FIFO létrehozást és a termelő-fogyasztó mintát rokon és nem rokon folyamatok számára. Bemutatja az egyirányú bájfolyam IPC-t, mint a legegyszerűbb koordinációs primitívet.

1. óra • Fejlett mmap() Használat

Bemutatja a MAP_ANONYMOUS, MAP_FIXED, az óriáslapokat és az madvise() használatát a teljesítmény hangolásához. Kiterjeszti az mmap() készségeket a fájl I/O-ról az általános célú memóriakezelésre.

2. óra • Heap Foglalás és a Foglaló

Lefedi a malloc(), calloc(), realloc(), free() függvényeket és a glibc foglaló belső működését, beleértve az arénákat is. Megtanítja a helyes foglalási mintákat és a heap sérülésének elkerülését.

3. óra • Memória Védelem és Engedélyek

Az mprotect() tanítása a lapengedélyek megváltoztatására és az őrző lapok használatára puffer túlcsordulás észlelésére. Lehetővé teszi a hallgatók számára, hogy biztonsági megerősítési technikákat valósítsanak meg a memória szintjén.

4. óra • Virtuális Memória Architektúra

Elmagyarázza a laptáblákat, a virtuális címtér elrendezését és a /proc/pid/maps felületet. Megadja azt a mentális modellt, amely a foglaló viselkedésének és az mmap() szemantikájának megértéséhez szükséges.

1. óra • Szál Létrehozás és Életciklus

Lefedi a pthread_create() függvényt, a szál attribútumokat, a leválasztott állapotot és a pthread_join() függvényt. Megalapozza azt a szál életciklus modellt, amelyre az összes szinkronizációs téma épül.

2. óra • Olvasás-Írás Zárak és Korlátok

Lefedi az rwlock-ot az olvasás-igényes munkaterhelésekhez és a pthread_barrier-t a fázis szinkronizációhoz. Kiterjeszti a szinkronizációs eszközkészletet azokra a mintákra, ahol a kizárólagos zárolás túl durva.

3. óra • Feltételváltozók

Bemutatja a pthread_cond_wait() függvényt, a hamis felébresztéseket és a predikátum ciklus mintát. Lehetővé teszi a szálak számára, hogy hatékonyan várjanak állapotváltozásokra anélkül, hogy foglalt várakozást végeznének.

4. óra • Mutexek és Kritikus Szakaszok

A mutex inicializálás, a lock/unlock fegyelem és a hibajelző mutex típusok tanítása. Biztosítja az elsődleges eszközt a megosztott adatok egyidejű módosítástól való védelmére.

1. óra • Nem Blokkoló I/O és epoll

Megvalósít egy eseményvezérelt szervert nem blokkoló socketek, az epoll_create() és az élvezérelt mód használatával. A kapcsolatkezelést a szálankénti egy kapcsolat modellen túlra skálázza.

2. óra • Socket API Alapok

Lefedi a socket(), bind(), listen(), accept(), connect() függvényeket és a címstruktúrákat IPv4 és IPv6 esetén. Megalapozza azt a mag API felületet, amelyre az összes hálózati programozás épül.

3. óra • UDP és Datagram Socketek

Lefedi a sendto(), recvfrom() függvényeket és a kapcsolat nélküli kommunikációs mintákat UDP esetén. Szembeállítja az UDP megbízhatatlan kézbesítését a TCP-vel, és azonosítja a megfelelő használati eseteket.

4. óra • Socket Opciók és Fejlett Funkciók

A getsockopt()/setsockopt() használatának tanítása pufferek hangolására, keepalive beállítására és a Nagle algoritmus vezérlésére. Lehetővé teszi a hálózati kapcsolatok finomhangolását a teljesítmény és a megbízhatóság érdekében.