Programmation Système

Ce cours a été remanié de très nombreuses fois au cours du temps. La dernière mouture (non satisfaisante) consistait à mélanger dans le même enseignement l’apprentissage de la programmation en langage C et de la programmation système. Même si ces deux choses sont liées historiquement, les mélanger ainsi en un même enseignement n’était pas réalisable dans les contraintes temporelles qui m’étaient imparties.

On trouvera ici, classées comme j’ai pu, des supports de différents genres autour du systèmes et de sa programmation.

Contenu

Les cours se basent sur

la norme ISO pour le langage C et,
sur la norme IEEE 1003.1 aka POSIX pour le système.

Vous pouvez consulter la page Wikipédia consacrée à Mr Dennis MacAllistair Ritchie, le père d’Unix.

Attention! Si vous savez lire le code suivant, il n’est pas utile de suivre les cours de programmation C.

unsigned funny(unsigned n) {
  See:
  https://en.wikipedia.org/wiki/Fibonacci_number

  <% if (n < 2) return 1;                 %>
  <% if (n < 2) { goto See; goto https; } %>
  unsigned __, *_ = malloc(sizeof(*_) * (n + 1));
  <%0
      <:_:>=1
      <:_:>=1
  ;%>
  for (
      __= + +(0<:_:><<1); !!(__ <= n);
      __= + +(1<:_:><<0)  + +__
  )(__<<0>>0)
  <:_
      :>=(__-(0<:_:><<0))<:_
      :>+(__-(1<:_:><<1))<:_
  :>;
  unsigned res = _[n];
  free(_);
  return res;
}

Cours

2016—2017

Premier cours, généralités, Hello World, compilation élémentaire, manuel, shell et ligne de commande, les diapos.
Second cours, shell : redirections, pipes, scripts, expansion des variables, arguments, terminaison, C : définition de variables, expressions et opérateurs, instructions, blocs, contrôle de séquence, déclarations et définitions de fonctions, durée de vie, porté et visibilité des variables; les diapos (Attention les diapos sont brutes et recèlent encore des petits manques, des erreurs mineures et typos diverses).
Troisième cours, pointeurs divers et variés, un petit retour sur les types, les diapos
Quatrième cours, énumérations, types structurés, déclarations anticipées, alignement et bourrage, les diapos
Cinquième cours, modularité, chaîune de compilation et makefiles, les diapos
Sixième cours, création de bibliothèques (statiques et dynamiques), entrées/sorties en C les diapos
Septimère cours, gestion des erreurs en C, Systèmes : système de fichiers, arborescence, inoeuds, appels systèmes et fonctions POSIX les diapos
Huitième cours, manipulation des inoeuds et E/S systèmes les diapos
???
Dernier cours E/S non-bloquantes : lecteur, écrivain.

Projet

Le sujet du projet : ici.

Examen

Le sujet de l’examen

Tutoriels

E/S C vs Systèmes

Atomicité et entrées/sorties

Suppression de fichier aka libération des inœuds

Descripteurs et objets systèmes

2015—2016

Premier cours : UNIX en tant qu’utilisateur, quelques commandes de base (cd, pwd, ls) et quelques-unes de leurs options. Les redirections des entrées/sorties. À quoi sert un shell ? « Bonjour le monde » en langage C.
Second cours : Retour sur le C. La chaîne de compilation avec gcc. Les inclusions en préprocessing. La génération de code. L’édition de liens (concept de bibliothèque). La décomposition des phases avec gcc. L’outil make et la description d’un arbre de dépendances. Notion de code source, entêtes, code objet, fichier exécutable. L’usage de printf.
Troisième cours : pointeurs, tableaux, arithmétique des pointeurs et autres amusements…
Quatrième cours : Entrées/Sortie en C vs entrées/sorties systèmes. Une copie de fichier en C et sa cousine avec l’API Posix. Les résultats de l’expérience (sur OSX El Capitan 10.11) sont donnés dans le tableau ci-dessous.

Observations (attention les échelles sont logarithmiques) : Avec l’API C le temps system est quasi-constant (le travail du système est donc constant), le temps elapsed se stabilise au-delà de 1000. Avec l’API POSIX le temps system devient quasi-constant au-delà d’une taille de quelques milliers (~5000) et les temps user et elapsed se recouvrent (il n’y a que le système qui travaille). À la limite, pour l’API C le temps user se stabilise à une valeur supérieure à celui de l’API POSIX (ce qui suggère donc que la version C fournit un travail plus important en mode utilisateur, un calcul est caché derrière les appels C). Sachant que l’API C fait ultimement appel à l’API POSIX et qu’elle utilise un cache, il est fort probable que la longueur de ce cache soit de l’ordre du millier d’octets (sur ce système la valeur exacte est 1024). L’effet équivalent pour la couche POSIX indique qu’il s’agit d’un cache d’environ 5000 octets (en réalité, on le verra après, c’est 4096, la taille d’une page VM qui intervient puisque sous FreeBSD les fichiers sont mappés en mémoire et le cache utilise le mapping).

Cinquième cours : un système de fichiers ? un système de gestion de fichiers ? une arborescence ? Un fichier est un i-nœud. Les types d’i-nœud. L’arborescence est créée via les fichiers de type répertoire. Une commande ls primitive
Cours : processus. Certaines de leurs propriétés, en particulier l’espace d’adressage : text, data, stack, heap. Pourquoi j’ai parfois un message type Bus Error, Segmentation Violation. Comment ils naissent ? fork(). La parenté PID et PPID. L’attente synchrone de la terminaison waitpid(). Les codes produits en cours (ce qu’il en reste): clone, clone2, espace et ex3???
Cours (je sais plus lequel mais du 10/12) : Interruption d’un handler par un autre signal et exclusion mutuelle, Éviter l’accumulation de zombis (si y’en a trop on ne peut plus les combattre)

Projet

Le sujet du projet pour l’année 2015—2016 est disponible ici.

Examen

Le sujet d’examen, un code possible pour rateau.c, fil.c, arbre.c, elimine.c et crible.c

Bibliographie

Une bibliographie n’est jamais exhaustive et est souvent une affaire de goût, mais il vous est conseillé de jeter un œil attentif aux ouvrages suivants :