Curs Programator Sisteme

Lecția 1 • Mediu de Compilare și Construire

Configurează compilatoare, linker-e, asamblatoare și depanatoare utilizate pe parcursul cursului. Se asigură că fiecare student poate compila, link-ui și inspecta binare încă din prima zi.

Lecția 2 • Abstractizări ale Sistemului de Operare

Prezintă spațiul nucleu vs. spațiul utilizator, apelurile de sistem și gestionarea resurselor de către sistemul de operare. Leagă conceptele hardware de interfețele software pe care programatorii le folosesc zilnic.

Lecția 3 • Aspectul Memoriei unui Proces

Examinează segmentele stivă, heap, BSS, date și text într-un proces în execuție. Oferă modelul spațial necesar pentru aritmetica pointerilor și gestionarea memoriei.

Lecția 4 • Elemente Esențiale de Arhitectura Calculatoarelor

Acoperă registrele CPU, ciclurile de instrucțiuni și ierarhia memoriei. Stabilește vocabularul hardware necesar pentru fiecare subiect ulterior legat de sisteme.

Lecția 1 • Tipuri de Date și Reprezentarea în Memorie

Acoperă lățimile întregilor, endianness, alinierea și umplerea în structuri. Fondează studenții în modul în care tipurile C se mapează la octeți reali în memorie.

Lecția 2 • Gestionarea Erorilor și Programarea Defensivă

Prezintă errno, convențiile codurilor de returnare și strategiile de aserțiuni în C. Creează obiceiuri care previn eșecurile silențioase în codul de sisteme de producție.

Lecția 3 • Preprocesorul C și Macro-urile

Explică gardurile de includere, macro-urile asemănătoare obiectelor și funcțiilor și compilarea condiționată. Permite studenților să scrie antete de sisteme portabile și configurabile.

Lecția 4 • Gestionarea Manuală a Memoriei

Acoperă malloc, calloc, realloc și free, plus erori comune de alocare. Studenții învață să detecteze scurgerile de memorie și să folosească instrumente de tip valgrind pentru verificare.

Lecția 1 • Asamblare Inline în C

Predă sintaxa extinsă de asamblare inline GCC, constrângerile și listele de clobber. Permite accesul direct la hardware din C fără un fișier de asamblare separat.

Lecția 2 • Setul de Instrucțiuni de Bază

Acoperă instrucțiunile de mutare a datelor, aritmetice, logice și de control al fluxului. Oferă studenților suficient vocabular pentru a citi output-ul compilatorului și a scrie rutine mici.

Lecția 3 • Setul de Registre și Convențiile de Apel x86-64

Mapează registrele de uz general, de segment și SIMD la rolurile lor. Stabilește contractul ABI pe care codul C și cel de asamblare trebuie să îl respecte la interoperare.

Lecția 4 • Analiza Binară cu Dezasamblatoare

Folosește objdump și instrumente similare pentru a inspecta binare compilate și biblioteci partajate. Leagă înțelegerea la nivel de sursă de codul mașină real din artefactele de producție.

Lecția 1 • Semnale și Evenimente Asincrone

Explică livrarea semnalelor, mascarea și înregistrarea handler-elor cu sigaction. Pregătește studenții să scrie cod sigur pentru semnale și să gestioneze notificări asincrone ale sistemului de operare.

Lecția 2 • Crearea și Ciclul de Viață al Proceselor

Acoperă fork, exec, wait și exit în medii POSIX. Studenții înțeleg cum sistemul de operare urmărește starea proceselor de la creare până la terminare.

Lecția 3 • Fundamentele Thread-urilor POSIX

Prezintă crearea, unirea și detașarea thread-urilor pthread, împreună cu atributele thread-urilor. Stabilește modelul de thread-uri utilizat în toate subiectele ulterioare de concurență.

Lecția 4 • Primitivi de Sincronizare

Acoperă mutex-uri, variabile de condiție, semafoare și blocări de citire-scriere. Studenții aplică fiecare primitiv pentru a elimina competițiile de date în programe cu memorie partajată.

Lecția 1 • Profilarea Memoriei și Detectarea Scurgerilor

Aplică Valgrind Memcheck, AddressSanitizer și /proc/maps pentru a găsi scurgeri și coruperi. Studenții produc profiluri de memorie curate pentru cod de nivel de producție.

Lecția 2 • Arhitectura Memoriei Virtuale

Explică tabelele de pagini, funcționarea TLB și hardware-ul de traducere a adreselor. Oferă fundația pentru înțelegerea mmap, paginilor uriașe și efectelor NUMA.

Lecția 3 • Pagini Uriașe și Conștientizarea NUMA

Prezintă paginile uriașe transparente, alocarea explicită de pagini uriașe și topologia NUMA. Studenții ajustează plasarea memoriei pentru sarcini de lucru de sisteme sensibile la latență.

Lecția 4 • Proiectarea unui Alocator de Memorie Personalizat

Construiește un alocator de tip slab folosind sbrk și mmap ca stocare suport. Întărește înțelegerea fragmentării, coalescenței și metadatelor alocatorului.

Lecția 1 • I/O Avansat: Împrăștiere-Adunare și Asincron

Prezintă readv/writev, io_uring și epoll pentru I/O de înaltă performanță. Permite studenților să construiască servere bazate pe evenimente cu un overhead minim al apelurilor de sistem.

Lecția 2 • Optimizarea Performanței de Stocare

Aplică fio, iostat și blktrace pentru a măsura și îmbunătăți debitul și latența I/O. Studenții identifică blocajele din stiva de stocare, de la aplicație la dispozitiv.

Lecția 3 • I/O Buffer-at vs. I/O Nebuffer-at

Contrastează buffer-ele stdio cu I/O-ul direct prin apeluri de sistem și explică când este potrivit fiecare. Studenții măsoară impactul asupra performanței al strategiilor de buffer-e pe debit.

Lecția 4 • API-ul POSIX pentru I/O de Fișiere

Acoperă open, read, write, lseek și close cu toate fanioanele și modurile relevante. Stabilește modelul descriptorului de fișier ca abstractizare universală a I/O în POSIX.

Lecția 1 • Dezvoltarea Modulelor de Nucleu

Acoperă funcțiile init/exit ale modulului, sistemul Kbuild și cerințele de stil de codificare ale nucleului. Studenții compilează, încarcă și descarcă în siguranță un modul de nucleu minimal.

Lecția 2 • Memoria Nucleului și DMA

Explică kmalloc, vmalloc și alocarea coerentă DMA pentru utilizare în drivere. Studenții aleg API-ul de alocare corect în funcție de dimensiune, aliniere și cerințe DMA.

Lecția 3 • Noțiunile de Bază ale Driverelor de Dispozitiv de Tip Caracter

Implementează callback-urile file_operations: open, release, read, write și ioctl. Studenții expun o sursă de date din nucleu către spațiul utilizator printr-un fișier de dispozitiv.

Lecția 4 • Mecanisme Interne ale Apelurilor de Sistem

Urmează un apel de sistem din spațiul utilizator prin tabela de apeluri de sistem până la handler-ul din nucleu. Studenții înțeleg comutarea de context, transmiterea argumentelor și căile de returnare.

Lecția 1 • Tehnici de Optimizare a Cache-ului

Aplică aspectul structurilor de date, prefetch-ul și tile-irea buclelor pentru a îmbunătăți utilizarea cache-ului. Studenții măsoară ratele de ratare a cache-ului înainte și după fiecare transformare.

Lecția 2 • Metodologia de Evaluare Comparativă

Acoperă proiectarea micro-benchmark-urilor, analiza statistică și evitarea capcanelor comune. Studenții produc rezultate de evaluare comparativă reproductibile care rezistă revizuirii colegiale.

Lecția 3 • Optimizarea Compilatorului și Optimizarea la Link-Time

Explorează nivelurile -O, PGO, LTO și fanioanele de auto-vectorizare. Studenții verifică faptul că transformările compilatorului produc binare corecte și mai rapide.

Lecția 4 • Contenția Blocărilor și Scalabilitatea

Măsoară contenția blocărilor cu perf lock și aplică tehnici fără blocări acolo unde este cazul. Studenții reproiectează sincronizarea pentru a scala pe mai multe nuclee CPU.