LU-LSP-b

Īssaites: Kalendārs | Uzdevumi | Resursi | Šodiena: 04.11.25 : Rītdiena: 5.11.25 (ja ir lekcija)

Linux sistēmas programmēšana (LSP)

LU DF bakalaura studiju kurss DatZ3122, meklēt eStudijās.

• Pasniedzēji:
  • Leo Seļāvo (epasts: vards.uzvards @ gmail.com)
  • Krišjānis Nesenbergs

• Vērtējums = 15% praktiskie darbi, 35% mājas darbi, 20% kontroldarbs un 30% eksāmens.

• LSP kursa atsauksmes no iepriekšējiem gadiem.

Praktisko un mājas darbu iesniegšana

• Mājas darbus iesniegt e-studijās vai darbu testēšanas serverī, atkarībā no darba specifikācijas.
• Faila nosaukumam jābūt formā LSP_MD1_Vards_Uzvards.c - mainot atbilstošo uzdevuma kodu (MD1) un faila formātu pēc nepieciešamības.
• Nevajag arhivēt failus, ja vien tas nav prasīts uzdevuma nosacījumos

Praktisko darbu vērtēšanas kritēriji

• Praktisko darbu mērķis ir nostiprināt un parādīt izpratni par apgūto vielu, attiecīgi darbi ir jārisina patstāvīgi, tomēr jautājumu uzdošana pasniedzējam vai kolēģiem ir vēlama.
• Maksimālo vērtējumu par praktisko darbu var saņemt, ja tas iesūtīts līdz praktisko darbu lekcijas beigām (vai brīdim, kad vienojamies, ka publiski apskatīsim PD risinājumu).
• Pēc termiņa praktiskie darbi tiek pieņemti vēl tekošo nedēļu (līdz nākamās lekcijas sākumam) un tiks novērtēti, tomēr vairs ne ar maksimālo atzīmi.
• Papildus praktiskajos darbos un lekcijās var izpelnīties "plusiņus" ar dalību diskusijās, unikālu risinājumu un ideju piedāvāšanu, trāpīgu jautājumu uzdošanu, atbildēšanu uz kolēģu jautājumiem u.t.t., kas savukārt palīdzēs savākt +10% no kopējā vērtējuma "par darbu klasē".

Mājas darbu vērtēšanas kritēriji

• Mājas darbu iesniegšanas termiņa laiks ir attiecīgajā datumā līdz pusnaktij.
• Ja darbs tiek iesniegts ar novēlošanos (kaut vai 1 sekundi!):
  • Tūdaļ pēc termiņa rezultāts tiek samazināts par 50%
  • Nedēļu pēc termiņa darbi vairs netiek pieņemti.

Kalendārs

Datums	Tēma, saturs	Uzdevumi
TBD 8:30	Ievads kursā Unix un Linux operētājsistēmu pamatkoncepcijas. Linux sistēmprogrammētaja rīki (shell, gcc, make, manpages u.c.). Slaidi	MD0 - Programmēšanas stils MD_Koks - Dzimtas koks.
TBD 15:00	Programmēšanas valoda C Vispārīgs pārskats par programmēšanas valodu C. Datu struktūras. C standarti, kompilācija, bibliotēkas, linkošana, skalārie un saliktie tipi (t.sk pointeri un masīvi), funkcijas, nosacījumi, cikli. Slaidi Resursi Klasiskā C programmēšanas valodas grāmata: Brian W. C. Kernighan & Dennis M. Ritchie, "The C Programming Language -- ANSI C," Prentice Hall, 1988 C Language Tutorial
TBD 17:00	PD_Intro Iekārtot darba vidi (linux, teksta redaktors, kompilators) Izveidot un pašiem nokompilēt "Hello world" C valodā Iepazīties ar UNIX čaulas komandām un uzdot jautājumus par neskaidrībām. Versiju kontroles sistēmas github pamati. Resursi UNIX čaulas populārākās komandas un lietojumi Lasīt Kas tas ir, Linux? - tagad vai līdz nākamajai lekcijai Lasīt C valodas pamācību no Drexel universitātes."	PD_Intro
TBD 8:30	Darbs ar failiem Sistēmas izsaukumi un standarta bibliotēkas funkcijas faila ievadam un izvadam. Linux piedāvātās programmas darbam ar failu izvadu/ievadu (cat, tail, head, less, telnet u.c.). Failu ievada un izvada ātrdarbības uzlabošana, buferi., ņemot vērā sistēmas arhitektūru. Slaidi
TBD 15:00	Failu sistēma Faila izmēra noteikšana. Failu saites, stingrās un vājās (hard links, soft links). Failu glabāšana un pieeja operētājsistēmā. i-node jēdziens. Sistēmas izsaukums stat(). Direktoriju struktūra. Izsaukumi opendir(), readdir() un closedir(). Slaidi
TBD 17:00	PD_File Failu kopēšana.	PD_File
TBD 8:30	Atmiņas arhitektūra Atmiņas arhitektūra. Virtuālā atmiņa. TEXT, DATA, HEAP un STACK segmenti. Koplietošanas atmiņa starp procesiem. Procedūru izsaukumi. Parametru nodošana caur steku. Steka satura analīze un piekļuve stekam. Slaidi	MD_Dir - Direktoriju koka apstaigāšana.
TBD 15:00	Failu piekļuves režīmi Faila piekļuves tiesību režīmi pie open() un umask. Failu un i-node izsaukumi: chmod(), link(), unlink(), remove(), rename(), symlink(), readlink(), utime(), mkdir(), rmdir(), chdir(), getcwd(). Programma rakstīšanai log failā. Log faili. Ekskluzīva rakstīšana ar open(...O_SYNC) un fcntl() metodēm. Slaidi	Termiņš 12:00 MD_Koks - Dzimtas koks.
TBD 17:00	PD_Dir Direktoriju koka apstaigāšana.	PD_Dir
TBD 8:30	Virtuālā atmiņa Virtuālās atmiņas lapas. Page fault un segmentation fault. Atmiņas aizsardzība. setjmp() un longjmp(). Slaidi	MD_Mem - Atmiņas rezervācijas funkciju salīdzinājums.
TBD 15:00	Dinamiskā atmiņa Dinamiskā atmiņas izdalīšana. Heap, malloc() un free(). Dienesta informācija pie atmiņas izdalīšanas un atbrīvošanas. Brīvās atmiņas saraksti. Prasības malloc() un free() veiktspējai. Slaidi	Termiņš Svētdien, 7-03-2021 23:59 MD_Dir - Direktoriju koka apstaigāšana.
TBD 17:00	PD_An Programmas analīze.	PD_An
TBD 8:30	Atmiņas fragmentācija Atmiņas fragmentācija. Atmiņas rezervēšanas (allocation) algoritmi, kas darbojas uz atmiņas fragmentiem. Atmiņas 'spaiņi'. Slaidi	MD_Frag - Atmiņas fragmentācijas algoritmu novērtējums (grupās)
TBD 15:00	KD1 KD1 kontroldarbs. Programmēšanas uzdevums pie datora, izmantojot apgūto vielu.	Termiņš Svētdien, 14-03-2021 23:59 MD_Mem - Atmiņas rezervācijas funkciju salīdzinājums.
TBD 17:00	PD_KD Kontroldarba analīze.	PD_KD
TBD 8:30	Atkļūdošana Linux atkļūdošanas rīki un to lietošana. Slaidi	MP_Game - Kursa projekta tēmas (spēles) izvēle
TBD 15:00	Daudz-uzdevumu vide Daudz-uzdevumu vide. Procesi un procesu kontrole. Pavedieni (threads). Kooperējošies procesi un preemptīvā daudz-uzdevumu metode. Komanda ps. getpid() un getppid(). fork(), exec(), wait(). system(). Slaidi	Termiņš MD_Frag - Atmiņas fragmentācijas algoritmu novērtējums (grupās)
TBD 17:00	PD_Dbg Atkļūdošanas rīki.	PD_Dbg
TBD 8:30	Procesa dzīves cikls :: Starpprocesu komunikācija Procesa dzīves cikls Procesa dzīves cikls: Procesa ielādēšana, uzsākšanās un pieci veidi kā process var beigties. exit() un _exit(). Slaidi Starpprocesu komunikācija Starpprocesu komunikācija. Faili. Pipes. Koplietošanas atmiņa. Komunikācija starp nesaistītiem procesiem. Sockets abstrakcija komunikācijai.
TBD 15:00	Pavedieni Pavedieni. POSIX pavedieni. Mutex. Datu skriešanās (data race condition). Strupceļš (deadlock). Slaidi Resursi POSIX thread (pthread) libraries	MP_Spec - Spēles noteikumu specifikācija Termiņš MP_Game - Kursa projekta tēmas (spēles) izvēle
TBD 17:00	PD_Thread Programma kas taisa N pavedienus, kur katrs izdrukā M burtus.	PD_Thread
TBD 15:00	Sockets :: Servera klienta arhitektūra Sockets Sockets abstrakcija komunikācijai. Klienta un servera arhitektūra. Iteratīvie un paralēlie serveri. Slaidi Servera klienta arhitektūra TBD: Ieskatam servera/klienta komunikācijā PD11, bet nav jānodod.	MP_Prot1 - Spēles komunikāciju protokols, 1. versija Termiņš MP_Spec - Spēles noteikumu specifikācija
TBD 17:00	PD_Jmp :: PD_PSpec PD_Jmp setjmp(),longjmp() un taimera signāls. PD_PSpec Darbs pie kursa projekta. Spēles izvēle un specifikācija.	PD_Jmp PD_PSpec
TBD 8:30	Signāli Signāli. Alarm serviss un signāls. Slaidi	MP_Prot2 - Spēles komunikāciju protokols, gala versija Termiņš MP_Prot1 - Spēles komunikāciju protokols, 1. versija
TBD 15:00	PD_Net :: PD_PProt PD_Net Starpprocesu komunikācija tīklā. PD_PProt Darbs pie kursa projekta. Komunikāciju protokola izstrāde.	PD_Net PD_PProt
TBD 17:00	Tekstuālā lietotāja saskarne. Tekstuālā lietotāja saskarne. Ncurses bibliotēka. Resursi Ncurses library, installation and use
TBD 8:30	Dēmoni Programmas, kas izpildās fonā un ilgtermiņā. Rezidenta programmas. Init.d. Upstart. Systemd. Sesijas identifikators. Slaidi	Termiņš MP_Prot2 - Spēles komunikāciju protokols, gala versija
TBD 15:00	Grafiskā lietotāja saskarne Grafiskā lietotāja saskarne. OpenGL. X-server.
TBD 17:00	PD_KP Darbs pie kursa projekta.	PD_KP
TBD 8:30	Konsultācija Atbildes uz studentu jautājumiem
TBD 15:00	Eksāmens Eksāmena forma: projektu demonstrācija un prezentācija (darbība, pirmkods, diskusijas). Pirms eksāmena kodam kopā ar kompilācijas un palaišanas instrukcijām jābūt iesniegtam e-studijās!
TBD 17:00	Eksāmena turpinājums
xx-xx14.05.2022	Sesija Eksāmens 12.05.2021 15:00 - pēdējais termiņš. Vērtējumu izlikšana.

Uzdevumi

Mājas darbi

• MD0: Izlasīt kodēšanas stila dokumentus.
• MD_Koks: Ģimenes koka ģenerēšanas programma.
• MD3: Vienādo failu meklēšana direktorijas kokā.
• MD4: Atmiņas rezervācijas funkciju salīdzināšana.
• MD5: Atmiņas fragmentācijas algoritmu novērtējums.

Eksāmens izpaužas kā kursa projekta aizstāvēšana.

Resursi

Pamācoši vingrinājumi un piemēri

• Failu I/O buferi un sekas: divi raksta, redzam trīs...
• Aprēķins, cik laika vajag pārkopēt 1 TB pa baitam bez bufera.
• Paging: piemērs 4K x 4K masīva apstaigāšanai, mainot indeksus: 4K vs 16M page faults

Literatūra

• Advanced Programming in the UNIX(R) Environment, Second Edition, by W. Richard Stevens, Stephen A. Rago. Addison Wesley Professional, 2005, ISBN 0-201-43307-9. (Indiešu eksemplāram ir ISBN 81-317-0005-4)

• "Linux system programming" by Robert Love, O'Reilly Media, 2007, ISBN 0596009585

• Advanced Linux Programming by CodeSourcery LLC,

• "Building Embedded Linux Systems" O'Reilly Media, 2008, ISBN 0596529686

• Sublime_Text_cheat_sheet - Lieliskā Sublime teksta redaktora taustiņu kombinācijas

• To become a good programmer... - C grāmatu saraksts

Programmētāja resursi

• Noderīgas Linux komandas
• Bash by Example @ibm/developerworks
• Intro to Linux kernel

• Programming in C: A Tutorial (by Brian W. Kernighan)
• GCC and make - par gcc kompilatoru no NTU
• Gnu make dokumentācija
• Tipiskas unix direktoriju hierarhijas īss apraksts.

• Sockets:
  • Programming IP Sockets on Linux (tutorial @ gnosis.cx)
  • Sockets Tutorial @ Linux Howtos
  • Berkeley sockets (Wikipēdija)

• http://www.hiraeth.com/alan/tutorials/courses/unixprog.html
• http://lkml.org/
• The Linux Kernel Module Programming Guide

• Mutex tutorial and example

Programmēšanas analīzes rīki

• PMD - scans source code and looks for bugs, dead code, suboptimal code, overcomplicated expressions, duplicate code.

Linux veiktspējas analīze

• Top 20 Linux monitoring tools @cyberciti
• 20 rīki Linux veikstpējas monitoringam (IPTraf u.c.) @tecmint
• CPU analīze
• Disku I/O analīze
• IO profiling at Linux programming blog
• Tīkla analīze
• "bashtop" rīks veiktspējas analīzei

Āķīgi uzdevumi un pieredze

• C/C++ Tricky Programs
• Computers are exact, precise, and logical machines, until they aren’t.
• Advent of Code

Atziņas

• Teach yourself programming in 10 years by Peter Norvig
• Code review: Learn how NASA codes (blog), and Mars Code (ACM article)
• Things Every Hacker Once Knew
• Kāpēc CR+LF? - Par to kāpēc vēsturisku iemeslu dēļ Windows sistēmās teksta rindas beigās ir CR+LF, kamēr Unix sistēmā tikai LF
• Linux Timeline - Linux distributīvu vēstures diagramma.