Kurso sa Systems Programmer

Aralin 1 • Toolchain at Build Environment

Nagse-set up ng mga compiler, linker, assembler, at debugger na gagamitin sa buong kurso. Tinitiyak na ang bawat mag-aaral ay makakapag-compile, makakapag-link, at makakapag-inspeksyon ng mga binary mula sa unang araw.

Aralin 2 • Mga Abstraksyon ng Operating System

Ipinapakilala ang kernel vs. user space, mga system call, at pamamahala ng resource ng OS. Ikinokonekta ang mga konsepto ng hardware sa mga software interface na ginagamit ng mga programmer araw-araw.

Aralin 3 • Layout ng Memory ng Proseso

Sinusuri ang mga segment ng stack, heap, BSS, data, at text sa isang tumatakbong proseso. Nagbibigay ng spatial model na kinakailangan para sa pointer arithmetic at memory management.

Aralin 4 • Mga Mahahalagang Kaalaman sa Arkitektura ng Kompyuter

Sumasaklaw sa mga CPU register, cycle ng pagtuturo, at hierarchy ng memory. Nagtatatag ng bokabularyo ng hardware na kailangan para sa bawat susunod na paksa ng sistema.

Aralin 1 • Mga Uri ng Datos at Representasyon sa Memory

Sumasaklaw sa mga lapad ng integer, endianness, alignment, at padding sa mga struct. Ibinabatay ang mga mag-aaral sa kung paano nagma-map ang mga uri ng C sa mga aktwal na byte sa memory.

Aralin 2 • Error Handling at Defensive Coding

Ipinapakilala ang errno, mga kombensyon ng return-code, at mga estratehiya ng assertion sa C. Bumubuo ng mga gawi na pumipigil sa mga tahimik na pagkabigo sa production systems code.

Aralin 3 • C Preprocessor at Macros

Ipinapaliwanag ang mga include guard, object-like at function-like macro, at conditional compilation. Binibigyang-daan ang mga mag-aaral na magsulat ng portable, naiaangkop na systems header.

Aralin 4 • Pamamahala ng Memory nang Manual

Sumasaklaw sa malloc, calloc, realloc, at free, kasama ang mga karaniwang error sa alokasyon. Natututo ang mga mag-aaral na tuklasin ang mga leak at gumamit ng mga tool na istilong valgrind para sa beripikasyon.

Aralin 1 • Inline Assembly sa C

Itinuturo ang GCC extended inline assembly syntax, mga constraint, at clobber list. Binibigyang-daan ang direktang pag-access ng hardware mula sa C nang walang hiwalay na assembly file.

Aralin 2 • Core Instruction Set

Sumasaklaw sa mga pagtuturo ng data movement, arithmetic, logical, at control-flow. Nagbibigay sa mga mag-aaral ng sapat na bokabularyo upang basahin ang output ng compiler at magsulat ng maliliit na routine.

Aralin 3 • x86-64 Register Set at Calling Convention

Minamapa ang pangkalahatang-layunin, segment, at SIMD register sa kanilang mga tungkulin. Itinatatag ang kontrata ng ABI na dapat igalang ng C at assembly code kapag nakikipag-interoperate.

Aralin 4 • Binary Analysis gamit ang mga Disassembler

Ginagamit ang objdump at mga katulad na tool upang siyasatin ang mga na-compile na binary at shared library. Ikinokonekta ang pag-unawa sa antas ng source sa aktwal na machine code sa mga production artifact.

Aralin 1 • Signal at Asynchronous Event

Ipinapaliwanag ang paghahatid ng signal, masking, at pagpaparehistro ng handler gamit ang sigaction. Inihahanda ang mga mag-aaral na magsulat ng signal-safe code at humawak ng mga asynchronous na abiso ng OS.

Aralin 2 • Paglikha at Lifecycle ng Proseso

Sumasaklaw sa semantika ng fork, exec, wait, at exit sa mga kapaligiran ng POSIX. Nauunawaan ng mga mag-aaral kung paano sinusubaybayan ng OS ang estado ng proseso mula sa paglikha hanggang sa pagwawakas.

Aralin 3 • Mga Pangunahing Kaalaman ng POSIX Thread

Ipinapakilala ang paglikha ng pthread, pag-join, at pag-detach kasama ang mga attribute ng thread. Itinatatag ang modelo ng threading na ginamit sa lahat ng kasunod na paksa ng concurrency.

Aralin 4 • Synchronization Primitive

Sumasaklaw sa mga mutex, condition variable, semaphore, at read-write lock. Inilalapat ng mga mag-aaral ang bawat primitive upang alisin ang mga data race sa mga programang shared-memory.

Aralin 1 • Memory Profiling at Leak Detection

Inilalapat ang Valgrind Memcheck, AddressSanitizer, at /proc maps upang makahanap ng mga leak at corruption. Gumagawa ang mga mag-aaral ng malinis na memory profile para sa production-grade code.

Aralin 2 • Arkitektura ng Virtual Memory

Ipinapaliwanag ang mga page table, operasyon ng TLB, at hardware ng address translation. Nagbibigay ng pundasyon para sa pag-unawa sa mmap, huge pages, at mga epekto ng NUMA.

Aralin 3 • Huge Pages at NUMA Awareness

Ipinapakilala ang transparent huge pages, explicit huge page allocation, at topolohiya ng NUMA. Ibinabagay ng mga mag-aaral ang paglalagay ng memory para sa mga workload ng system na sensitibo sa latency.

Aralin 4 • Custom Memory Allocator Design

Bumubuo ng isang slab-style allocator gamit ang sbrk at mmap bilang mga backing store. Pinatitibay ang pag-unawa sa fragmentation, coalescing, at metadata ng allocator.

Aralin 1 • Advanced I/O: Scatter-Gather at Async

Ipinapakilala ang readv/writev, io_uring, at epoll para sa high-performance I/O. Binibigyang-daan ang mga mag-aaral na bumuo ng mga event-driven server na may minimal na overhead ng system call.

Aralin 2 • Storage Performance Tuning

Inilalapat ang fio, iostat, at blktrace upang sukatin at pagbutihin ang throughput at latency ng I/O. Tinutukoy ng mga mag-aaral ang mga bottleneck sa storage stack mula sa aplikasyon hanggang sa device.

Aralin 3 • Buffered vs. Unbuffered I/O

Itinatambis ang stdio buffering sa direktang syscall I/O at ipinapaliwanag kung kailan angkop ang bawat isa. Sinusukat ng mga mag-aaral ang epekto sa pagganap ng mga estratehiya sa buffering sa throughput.

Aralin 4 • POSIX File I/O API

Sumasaklaw sa open, read, write, lseek, at close kasama ang lahat ng nauugnay na flag at mode. Itinatatag ang modelo ng file descriptor bilang unibersal na abstraksyon ng I/O sa POSIX.

Aralin 1 • Kernel Module Development

Sumasaklaw sa module init/exit, Kbuild system, at mga kinakailangan sa kernel coding style. Ligtas na kino-compile, nilo-load, at ina-unload ng mga mag-aaral ang isang minimal na kernel module.

Aralin 2 • Kernel Memory at DMA

Ipinapaliwanag ang kmalloc, vmalloc, at DMA-coherent allocation para sa paggamit ng driver. Pinipili ng mga mag-aaral ang tamang allocation API batay sa laki, alignment, at mga kinakailangan sa DMA.

Aralin 3 • Mga Pangunahing Kaalaman ng Character Device Driver

Ipinapatupad ang mga callback ng file_operations: open, release, read, write, at ioctl. Inilalantad ng mga mag-aaral ang isang kernel data source sa user space sa pamamagitan ng isang device file.

Aralin 4 • System Call Internals

Sinusubaybayan ang isang system call mula sa user space sa pamamagitan ng syscall table hanggang sa kernel handler. Nauunawaan ng mga mag-aaral ang context switching, pagpasa ng argumento, at mga landas ng pagbabalik.

Aralin 1 • Cache Optimization Techniques

Inilalapat ang layout ng istruktura ng datos, prefetching, at loop tiling upang mapabuti ang cache utilization. Sinusukat ng mga mag-aaral ang cache miss rate bago at pagkatapos ng bawat pagbabago.

Aralin 2 • Pamamaraan ng Benchmarking

Sumasaklaw sa microbenchmark design, statistical analysis, at pag-iwas sa mga karaniwang patibong. Gumagawa ang mga mag-aaral ng mga reproducible benchmark result na makakayanan ang peer review.

Aralin 3 • Compiler Optimization at Link-Time Optimization

Tinutuklas ang mga antas ng -O, PGO, LTO, at mga auto-vectorization flag. Bineberipika ng mga mag-aaral na ang mga compiler transformation ay gumagawa ng tama, mas mabilis na binary.

Aralin 4 • Lock Contention at Scalability

Sinusukat ang lock contention gamit ang perf lock at inilalapat ang mga lock-free technique kung saan naaangkop. Muling idinidisenyo ng mga mag-aaral ang synchronization upang mag-scale sa maraming core ng CPU.