Corso Linux System Programming

Lezione 1 • Introduzione alle Chiamate di Sistema

Dimostra come i programmi utente invocano i servizi del kernel tramite chiamate di sistema, utilizzando i wrapper glibc e la syscall nativa. Collega le funzioni della libreria C alle operazioni del kernel sottostanti.

Lezione 2 • Architettura Linux e Panoramica del Kernel

Tratta lo spazio kernel rispetto allo spazio utente, il design a kernel monolitico e l'astrazione dell'hardware. Stabilisce il quadro concettuale da cui dipendono tutti gli argomenti di programmazione successivi.

Lezione 3 • Compilazione, Linking e Caricamento

Spiega l'intera pipeline della toolchain dal sorgente all'eseguibile, inclusi il linking statico e dinamico. Prepara gli studenti a diagnosticare errori di compilazione e a comprendere la struttura dei file binari.

Lezione 4 • Elementi Essenziali del Linguaggio C per il Lavoro di Sistema

Rivede i puntatori, il layout della memoria, le struct e le operazioni bit a bit, fondamentali per il codice di sistema. Collega la conoscenza generale del C ai pattern di basso livello utilizzati in tutto il corso.

Lezione 1 • Operazioni su Directory e Metadati

Insegna l'uso di stat(), l'attraversamento delle directory e la gestione dei link, inclusi quelli fisici e simbolici. Consente ai programmi di ispezionare e manipolare la struttura del filesystem in modo programmatico.

Lezione 2 • Operazioni su File POSIX

Tratta open(), read(), write(), lseek() e close() con tutti i flag e le modalità pertinenti. Insegna i modelli di utilizzo corretti e le insidie comuni come letture e scritture parziali.

Lezione 3 • File Mappati in Memoria

Dimostra l'uso di mmap() per mappare i file nello spazio degli indirizzi del processo, per un I/O veloce e dati condivisi. Collega l'I/O su file ai concetti di memoria virtuale introdotti nei capitoli successivi.

Lezione 4 • Descrittori di File e File Aperti

Spiega la tabella dei file aperti, gli interi dei descrittori di file e le strutture dati del kernel che vi stanno dietro. Fondamenta tutto il successivo lavoro di I/O su un modello preciso di come il kernel traccia i file aperti.

Lezione 1 • Internals e Attributi dei Processi

Esamina PID, PPID, UID, GID e i campi del descrittore di processo mantenuti dal kernel. Fornisce il vocabolario e il modello dei dati necessari per controllare i processi in modo programmatico.

Lezione 2 • Attesa e Raccolta dei Processi Figli

Insegna wait(), waitpid() e waitid() per raccogliere lo stato di uscita dei figli e prevenire i processi zombie. Garantisce che gli studenti scrivano programmi multi-processo privi di perdite.

Lezione 3 • Esecuzione di Programmi con exec()

Spiega la famiglia exec, il passaggio di argomenti e ambiente e ciò che viene preservato attraverso exec. Consente agli studenti di costruire shell e lanciatori di processi che sostituiscono correttamente le immagini dei processi.

Lezione 4 • Creazione di Processi con fork()

Tratta la semantica copy-on-write, la gestione del valore di ritorno e l'ereditarietà delle risorse dopo fork(). Costruisce le fondamenta per tutti i pattern di programmazione multi-processo del corso.

Lezione 1 • Concetti sui Segnali e Segnali Standard

Introduce i numeri dei segnali, le disposizioni predefinite e il meccanismo di recapito del kernel. Stabilisce il modello concettuale necessario prima di scrivere qualsiasi codice di gestione dei segnali.

Lezione 2 • Maschere dei Segnali e Blocco

Insegna sigprocmask(), la manipolazione di sigset_t e la protezione delle sezioni critiche tramite blocco. Consente agli studenti di prevenire le corse critiche sui segnali nelle operazioni a più fasi.

Lezione 3 • Programmazione Async-Signal-Safe

Identifica le funzioni async-signal-safe e i pattern per scrivere gestori corretti e rientranti. Previene i bug subdoli che derivano dalla chiamata di funzioni non sicure all'interno dei gestori.

Lezione 4 • Segnali Real-Time e signalfd

Tratta i segnali real-time POSIX, le garanzie di accodamento e l'interfaccia signalfd() per la gestione sincrona. Estende le competenze sui segnali ad architetture ad alta affidabilità e guidate dagli eventi.

Lezione 1 • Code di Messaggi POSIX

Insegna mq_open(), mq_send(), mq_receive() e il recapito dei messaggi basato sulla priorità. Fornisce un'alternativa strutturata e tipizzata alle pipe a flusso di byte per IPC orientate ai messaggi.

Lezione 2 • Confronto e Selezione dei Meccanismi IPC

Analizza i compromessi di throughput, latenza, complessità e persistenza tra tutti i tipi di IPC. Fornisce agli studenti gli strumenti per prendere decisioni architetturali informate nella progettazione di sistemi reali.

Lezione 3 • Semafori POSIX

Tratta i semafori con nome e senza nome, sem_wait/sem_post e i pattern di mutua esclusione. Fornisce il livello di sincronizzazione necessario per utilizzare la memoria condivisa in modo sicuro.

Lezione 4 • Pipe e FIFO

Tratta le pipe anonime, la creazione di FIFO e il pattern produttore-consumatore per processi correlati e non correlati. Introduce l'IPC unidirezionale a flusso di byte come primitiva di coordinamento più semplice.

Lezione 1 • Uso Avanzato di mmap()

Dimostra MAP_ANONYMOUS, MAP_FIXED, pagine huge e madvise() per l'ottimizzazione delle prestazioni. Estende le competenze di mmap() dall'I/O su file alla gestione della memoria per scopi generali.

Lezione 2 • Allocazione di Heap e l'Allocatore

Tratta malloc(), calloc(), realloc(), free() e il funzionamento interno dell'allocatore glibc, incluse le arene. Insegna i modelli di allocazione corretti e come evitare la corruzione dell'heap.

Lezione 3 • Protezione della Memoria e Permessi

Insegna mprotect() per modificare i permessi delle pagine e le pagine di guardia per il rilevamento del buffer overflow. Consente agli studenti di implementare tecniche di rafforzamento della sicurezza a livello di memoria.

Lezione 4 • Architettura della Memoria Virtuale

Spiega le tabelle delle pagine, il layout dello spazio degli indirizzi virtuali e l'interfaccia /proc/pid/maps. Fornisce il modello mentale necessario per comprendere il comportamento dell'allocatore e la semantica di mmap().

Lezione 1 • Creazione e Ciclo di Vita dei Thread

Tratta pthread_create(), gli attributi dei thread, lo stato di detach e pthread_join(). Stabilisce il modello del ciclo di vita dei thread su cui si basano tutti gli argomenti di sincronizzazione.

Lezione 2 • Read-Write Lock e Barriere

Tratta i rwlock per carichi di lavoro a prevalente lettura e le pthread_barrier per la sincronizzazione di fase. Estende il toolkit di sincronizzazione a pattern in cui il blocco esclusivo è troppo grossolano.

Lezione 3 • Variabili di Condizione

Dimostra pthread_cond_wait(), i risvegli spuri e il pattern del ciclo con predicato. Consente ai thread di attendere efficientemente i cambiamenti di stato senza busy-waiting.

Lezione 4 • Mutex e Sezioni Critiche

Insegna l'inizializzazione dei mutex, la disciplina di lock/unlock e i tipi di mutex con controllo degli errori. Fornisce lo strumento principale per proteggere i dati condivisi dalla modifica concorrente.

Lezione 1 • I/O Non Bloccante ed epoll

Implementa un server guidato dagli eventi utilizzando socket non bloccanti, epoll_create() e modalità edge-triggered. Scala la gestione delle connessioni oltre il modello un thread per connessione.

Lezione 2 • Fondamenti dell'API Socket

Tratta socket(), bind(), listen(), accept(), connect() e le strutture degli indirizzi per IPv4 e IPv6. Stabilisce la superficie API principale su cui si basa tutta la programmazione di rete.

Lezione 3 • UDP e Socket Datagram

Tratta sendto(), recvfrom() e i pattern di comunicazione senza connessione per UDP. Contrappone il recapito non affidabile di UDP a TCP e identifica i casi d'uso appropriati.

Lezione 4 • Opzioni dei Socket e Funzionalità Avanzate

Insegna getsockopt()/setsockopt() per la regolazione dei buffer, keepalive e controllo dell'algoritmo di Nagle. Consente la messa a punto granulare delle prestazioni e dell'affidabilità delle connessioni di rete.