Linux – vývoj nízkoúrovňových služeb a knihoven (LNXPR1)

Náplň kurzu:

Skrýt detaily

• Rozhraní operačního systému
1. Systémová volání (syscalls)
2. Standardní knihovna a POSIX.1-2024
3. Nástroje pro trasování komunikace s jádrem

• Chyby při systémových voláních
1. Práce s fatálními a opravitelnými chybami
2. Ošetření a propagace chyb od operačního systému
3. Systémová volání přerušená signálem

• Komunikace, vstup a výstup
1. Standardní proudy (stdin, stdout, stderr)
2. Souborové deskriptory (file descriptors)
3. Bufferované proudy v C, C++ a Rustu

• Souborový systém a adresářová struktura
1. Operace souborového systému
2. Relativní cesty a aktuální adresář
3. Oprávnění a vlastnosti souborů

• Práce se soubory
1. Otevření pro čtení nebo pro zápis
2. Hybridní přístup k souborům
3. Workaroundy absence transakcí

• Hodiny a měření času
1. Aktuální čas a časové intervaly
2. Časové signály, události a timerfd
3. Čekání a pozastavení procesu (wait)

• Správa procesů a vláken
1. Funkce fork, exec a spawn
2. Odpovídající systémová volání
3. Standardní vlákna a pthreads

• Sdílení prostředků
1. Při volání fork nebo clone
2. Uzavření či zachování prostředků přes exec
3. Návratová hodnota programu

• Prostředí a shell
1. Skupiny procesů, a procesy na pozadí
2. Systémové služby a service manager
3. Kombinace procesů spuštěných ze shellu

• Úlohy operačního systému
1. Rozdíl mezi procesem a vláknem (LWP)
2. Volba mezi multiprocesingem a multithreadingem
3. Vlákna a procesy v C, C++, Rustu a Pythonu

• Signály a jejich zpracování
1. Asynchronní zpracování signálů
2. Synchronní zpracování pomocí timerfd
3. Komunikace pomocí real-time signálů

• Blokující a neblokující komunikace
1. Když nechceme uspávat proces v syscallech
2. Připravenost souborových deskriptorů (readiness)
3. Místo blokování se vrací EWOULDBLOCK

• Multiplexování vstupu a výstupu
1. Čekání na celou sadu možných událostí
2. Zdrojem událostí jsou souborové deskriptory
3. Externí knihovny na správu událostí

• Základní meziprocesová komunikace
1. Roury mezi procesy (pipe)
2. Pojmenované roury v souborovém systému (named pipe)
3. Řešení nefunkčních rour a SIGPIPE

• Fronty zpráv
1. POSIX a System V varianty
2. Více odesilatelů a příjemců
3. V něčem flexibilnější než sockety

• Lokální sockety
1. Forkování procesů a socketpair
2. Lokální klient-server architektura
3. Typy socketů a jejich omezení

• Síťové sockety
1. Klient-server architektura
2. Internet a protokol TCP/IP
3. Workaround s SO_REUSEADDR

• Strategie obsluhy spojení
1. Forkování procesů či startování vláken
2. Použití poolu procesů či threadů
3. Neblokující sockety a fronta událostí

• Jmenné služby
1. Doménová jména a getaddrinfo
2. Knihovna glibc a /etc/nsswitch.conf
3. Omezení, chyby a alternativy

• Správa paměti a mapování
1. Dynamická alokace paměti (heap, alloca)
2. Mapování souborů v souborovém systému
3. Hranice mezi kernelem a uživatelským prostorem

• Sdílená paměť
1. Automaticky v případě vláken
2. Explicitně POSIX nebo System V (shm)
3. Jediná komunikace, která nejde přes jádro

• Posílání souborových deskriptorů
1. Jádro umožňuje předávat souborové deskriptory
2. Lze například použít rouru nebo lokální socket
3. Posílat pak lze libovolný souborový deskriptor.

• Synchronizační nástroje
1. Nástroje knihovny pthread (mutex, condition variable)
2. POSIX a System V semafory a eventfd
3. Atomické proměnné a lock-free operace

• Možnosti debugování
1. Systémové volání ptrace
2. Interaktivní debuggery jako GDB
3. Tracery jako strace

• Sdílené dynamické knihovny
1. Linkování knihoven při startu programu
2. Explicitní otevírání přes dlopen
3. Závislosti mezi knihovnami

• Bonus: Optimalizované datové toky
1. Optimalizovaný polling přes epoll
2. Zero-copy techniky v kernelu
3. Mechanismus io_uring

Vybrané zákaznické reference