LU-LSP-b

Īssaites: Kalendārs | Uzdevumi | Resursi | Šodiena: 23.11.24 : Rītdiena: 24.11.24 (ja ir lekcija)

Linux sistēmas programmēšana (LSP)

LU DF bakalaura studiju kurss DatZ3122, meklēt eStudijās.

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

• 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
08.02.22 10:30	Ievads kursā Unix un Linux operētājsistēmu pamatkoncepcijas. Linux sistēmprogrammētaja rīki (shell, gcc, make, manpages u.c.). Slaidi	Uzdots MD0 - Programmēšanas stils Uzdots MD_Koks - Dzimtas koks.
08.02.22 12:30	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
09.02.22 8:30	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."	Uzdots PD_Intro
15.02.22 10:30	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
15.02.22 12:30	PD_File Failu kopēšana.	Uzdots PD_File
16.02.22 8:30	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
22.02.22 10:30	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	Uzdots MD_Dir - Direktoriju koka apstaigāšana.
22.02.22 12:30	PD_Dir Direktoriju koka apstaigāšana.	Uzdots PD_Dir Termiņš MD_Koks - Dzimtas koks.
23.02.22 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
01.03.22 10:30	Virtuālā atmiņa Virtuālās atmiņas lapas. Page fault un segmentation fault. Atmiņas aizsardzība. setjmp() un longjmp(). Slaidi	Uzdots MD_Mem - Atmiņas rezervācijas funkciju salīdzinājums.
01.03.22 12:30	PD_An Programmas analīze.	Uzdots PD_An Termiņš MD_Dir - Direktoriju koka apstaigāšana.
02.03.22 8:30	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
08.03.22 10:30	Atmiņas fragmentācija Atmiņas fragmentācija. Atmiņas rezervēšanas (allocation) algoritmi, kas darbojas uz atmiņas fragmentiem. Atmiņas 'spaiņi'. Slaidi	Uzdots MD_Frag - Atmiņas fragmentācijas algoritmu novērtējums (grupās)
08.03.22 12:30	PD_Malloc :: PD_Heap PD_Malloc Atmiņas rezervācija. PD_Heap Vienkāršs atmiņas alokators fiksēta izmēra objektiem.	Uzdots PD_Malloc Uzdots PD_Heap Termiņš MD_Mem - Atmiņas rezervācijas funkciju salīdzinājums.
09.03.22 8:30	KD1 KD1 kontroldarbs. Programmēšanas uzdevums pie datora, izmantojot apgūto vielu.
15.03.22 10:30	Atkļūdošana Linux atkļūdošanas rīki un to lietošana. Slaidi	Uzdots MP_Game - Kursa projekta tēmas (spēles) izvēle
15.03.22 12:30	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)
16.03.22 8:30	PD_Dbg :: PD_KD PD_Dbg Atkļūdošanas rīki. PD_KD Kontroldarba analīze.	Uzdots PD_Dbg Uzdots PD_KD
22.03.22 10:30	Pavedieni Pavedieni. POSIX pavedieni. Mutex. Datu skriešanās (data race condition). Strupceļš (deadlock). Slaidi Resursi POSIX thread (pthread) libraries
22.03.22 12:30	PD_Thread Programma kas taisa N pavedienus, kur katrs izdrukā M burtus.	Uzdots MP_Spec - Spēles noteikumu specifikācija Uzdots PD_Thread Termiņš MP_Game - Kursa projekta tēmas (spēles) izvēle
23.03.22 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.
29.03.22 10:30	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.	Uzdots MP_Prot1 - Spēles komunikāciju protokols, 1. versija Termiņš MP_Spec - Spēles noteikumu specifikācija
29.03.22 12:30	PD_Jmp :: PD_PSpec PD_Jmp setjmp(),longjmp() un taimera signāls. PD_PSpec Darbs pie kursa projekta. Spēles izvēle un specifikācija.	Uzdots PD_Jmp Uzdots PD_PSpec
30.03.22 8:30	Signāli Signāli. Alarm serviss un signāls. Slaidi	Uzdots MP_Prot2 - Spēles komunikāciju protokols, gala versija Termiņš MP_Prot1 - Spēles komunikāciju protokols, 1. versija
05.04.22 10:30	Tekstuālā lietotāja saskarne. Tekstuālā lietotāja saskarne. Ncurses bibliotēka. Resursi Ncurses library, installation and use
05.04.22 12:30	PD_Net :: PD_PProt PD_Net Starpprocesu komunikācija tīklā. PD_PProt Darbs pie kursa projekta. Komunikāciju protokola izstrāde.	Uzdots PD_Net Uzdots PD_PProt
06.04.22 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
19.04.22 10:30	Grafiskā lietotāja saskarne Grafiskā lietotāja saskarne. OpenGL. X-server.
19.04.22 12:30	PD_KP Darbs pie kursa projekta.	Uzdots PD_KP
20.04.22 8:30	Konsultācija Atbildes uz studentu jautājumiem
26.04.22 10:30	Eksāmens Eksāmena forma: projektu demonstrācija un prezentācija (darbība, pirmkods, diskusijas). Pirms eksāmena kodam kopā ar kompilācijas un palaišanas instrukcijām jābūt iesniegtam e-studijās!
26.04.22 12:30	Eksāmena turpinājums
02-14.05.2022	Sesija 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