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Friedrich-Alexander-Universität Lehrstuhl für Informatik 4 (Systemsoftware)
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Übung

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                Übung

                Systemprogrammierung 1 - Übung

                • 2. Klausureinsicht: Dienstag, 25.10.2022 16:00 im I4 Besprechungsraum (0.035)

                • 1. Klausureinsicht: Donnerstag, 11.08.2022 10:00 in Raum 0.031, Martensstr. 1
                • Klausur: Dienstag, 02.08.2022 13:00 in der Ballspielhalle
                • Fragestunde zur Klausur: Montag, 01.08.2022 10:00 im H4
                • Beginn der Anmeldung zum Übungsbetrieb: Donnerstag, 28.04.2022 17:00 via Waffel

                  Hinweis: Gruppenaufgaben können nur mit Partnern bearbeitet werden, die die selbe Tafelübung besuchen.

                Der Übungsbetrieb umfasst Tafel- und Rechnerübungen. Jeder Student sollte eine Tafelübung besuchen, zu der eine Anmeldung erforderlich ist. Die Rechnerübungstermine können ohne vorherige Anmeldung je nach Bedarf besucht werden. Die Tafelübungen dienen der Vermittlung von Theoriewissen, welches zur Lösung der Übungsaufgaben erforderlich ist. Um an diesem Übungsbetrieb teilnehmen zu können, müssen sich alle Teilnehmer auf folgenden Plattformen anmelden:
                • Anmeldung im Waffel
                • Anmeldung im StudOn

                Hinweis: Zu Beginn der Tafelübungen können ein oder auch mehrere Teilnehmer zur Vorstellung ihrer gelösten Übungsaufgabe aufgefordert werden. Nichtanwesenheit oder nicht hinreichende Erklärung der Aufgabe führt hierbei zur Bewertung der Aufgabe mit 0 Punkten.

                In den Rechnerübungen sind die Arbeitsplätze des Rechnerraums für SP-Studenten reserviert. In diesen Übungen sollen die Aufgaben bearbeitet werden, wobei in der Regel ein Betreuer zur Verfügung stehen wird um bei Bedarf Hilfestellung zu geben.

                Zur Information

                • UNIX-Einführung der FSI-Informatik

                Übungsfolien

                All slides are copyrighted (C) 2011-2022 by Wolfgang Schröder-Preikschat and Jürgen Kleinöder, University of Erlangen-Nürnberg, Germany. Use without prior written permission of the authors is not permitted!

                • Foliensatz Einführung
                • Foliensatz Speicherverwaltung

                • Orga
                • Linux
                • SVN
                • AbgabeSystem
                • Übersetzen
                • Portabilität
                • Allokation und Freigabe
                • lilo
                • Beispiel

                • Foliensatz
                • Pipes aus dem FSI-Vorkurs

                • SVN + Teamarbeit
                • Speicherverwaltung
                • Fehlerbehandlung
                • Generisches Sortieren
                • Ein- und Ausgabe
                • valgrind
                • wsort + Beispiel

                • Keine Materialien hinterlegt

                • Foliensatz

                • Adressraumstruktur
                • Prozesse
                • Stringmanipulation mit strtok(3)
                • make
                • clash + Beispiel

                • Keine Materialien hinterlegt

                • Foliensatz

                • Threads
                • Koordinierung
                • mach + Beispiel

                • Keine Materialien hinterlegt

                • Foliensatz

                • Freispeicherverwaltung
                • Implementierung
                • make
                • gdb
                • halde + Beispiel

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                • Foliensatz

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                • Dateisystemschnittstelle
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                • Beispiel

                • Foliensatz
                • Klausur
                • Man-Pages

                • Klausur
                • Man-Pages

                Anfertigung, Abgabe und Bewertung der Übungsaufgaben

                Soweit in der Aufgabenstellung nicht abweichend beschrieben, sollen alle abgegebenen Programme portabel zur SUSv4/POSIX.1-2008-Systemschnittstelle sein und im Sprachumfang dem C-Standard ISO C11 entsprechen. Alle Programme müssen mit folgenden Compileroptionen übersetzen:
                -std=c11 -pedantic -Wall -Werror -D_XOPEN_SOURCE=700
                Die Abgabe erfolgt über die Rechnern im CIP-Pool mit dem Skript /proj/i4sp1/bin/submit und muss vor dem Abgabetermin erfolgen. Dies kann über das Internet geschehen, sodass die Anwesenheit im CIP-Raum nicht notwendig ist. Eine Abgabe per E-Mail oder USB-Stick ist grundsätzlich nicht möglich. Zur Bearbeitung der Aufgaben wird Ihnen automatisch ein Projektverzeichnis angelegt, nachdem Sie sich zu einer Übung angemeldet haben. Der Pfad zu diesem Verzeichnis lautet /proj/i4sp1/LOGIN, wobei LOGIN für Ihren Benutzernamen im CIP-Pool steht. Bitte bearbeiten Sie Ihre Aufgaben in diesem Verzeichnis und verwalten Sie das Verzeichnis wie in der ersten Aufgabenstellung beschrieben, da ansonsten das Abgabesystem Ihre Lösung nicht finden kann. Die abgegebenen Aufgaben werden von uns korrigiert und bewertet. Die Ergebnisse der Korrektur sind nach Login im Waffel einsehbar und können zusätzlich über das SVN abgerufen werden.

                Aufgaben

                Die Übungsaufgaben für das komplette Semester stehen grob fest. Allerdings können sich bis zum Ausgabezeitpunkt noch Details an den Aufgaben ändern. Die verlinkten Aufgabenstellungen mit einem „Entwurf“-Wasserzeichen im Hintergrund stellen lediglich eine Orientierungshilfe dar. Die endgültigen Aufgabenstellungen werden spätestens am Ausgabetag verlinkt.

                Auch die Hinweise zur Aufgabe auf dem Aufgabenblatt können Teile der einzuhaltenden Spezifikation enthalten und sind somit explizit als Teil der Aufgabenstellung zu verstehen.
                Alle Aufgaben werden den Korrekturhinweisen entsprechend bewertet.

                Nr. Titel Kurzbeschreibung Ausgabe Bearbeitungszeit
                (Werktage)
                2er-Gruppen Abzugebende Dateien Zusatzinfos
                1 lilo Dynamische Speicherallokierung Freitag, 06.05.2022 6 Nein lilo.c
                2 wsort Sortierprogramm ähnlich sort(1) Freitag, 13.05.2022 10 Ja wsort.c
                3 clash Kleine Shell mit Vorder- und Hintergrundprozessen Freitag, 27.05.2022 9 Ja clash.c, plist.c, Makefile plist API
                4 mach Threads, Semaphore Freitag, 10.06.2022 10 Nein mach.c, queue.c, machfile
                5 halde Einfache dynamische Freispeicherverwaltung Freitag, 24.06.2022 11 Ja halde.c, Makefile, test.c
                6 creeper Verzeichnisse, Rekursion Freitag, 08.07.2022 8 Ja Makefile, creeper.c argumentParser API

                Literaturempfehlungen

                Einführung in die Programmiersprache C

                • Stephen Kochan: Programming in C. Sams Publishing, 3rd Edition, 2005.
                • Karlheinz Zeiner: Programmieren lernen mit C. Carl Hanser, 4. Auflage, 2000.
                • Steve Oualline: Practical C Programming. O’Reilly, 1991.
                • Peter Darnell, Philip Margolis: C: A Software Engineering Approach. Springer, 1991.
                • Brian Kernighan, Dennis Ritchie: The C Programming Language. Prentice Hall, 1988 (in der deutschen Übersetzung 1990 bei Hanser erschienen)

                UNIX-Systemprogrammierung

                • A. S. Tanenbaum, A. S. Woodhull: Operating Systems: Design And Implementation, Prentice Hall, 1997.
                • R. W. Stevens: Advanced Programming in the UNIX Environment. Addison-Wesley, 1992.

                Übungstermine

                Übersicht aller angebotenen Tafel- und Rechnerübungen:

                T01 Halder, Christian Mo 12:15 - 13:45 0.031-113
                T02 Weidner, Johannes Mo 16:15 - 17:45 0.031-113
                T03 Kaludercic, Philip Mo 16:15 - 17:45 00.151-113
                T04 Kleinöder, Jürgen Di 10:15 - 11:45 01.255-128
                T05 Preis, Julian Mi 08:15 - 09:45 0.031-113
                T06 Schober, Ferdinand Mi 10:15 - 11:45 0.031-113
                T07 Preibsch, Luca Mi 12:15 - 13:45 0.031-113
                T08 Windsheimer, Felix Mi 18:15 - 19:45 0.031-113
                T09 Sauerwein, David Do 08:15 - 09:45 0.031-113
                T10 Bender, Kilian Do 10:15 - 11:45 01.255-128
                T11 Sauerwein, David Do 16:15 - 17:45 0.031-113
                T12 Weidner, Johannes Fr 12:15 - 13:45 0.031-113
                T13 Hanika, Felix Fr 14:15 - 15:45 0.031-113
                T14 Halder, Christian Fr 14:15 - 15:45 02.134-113
                T15 Schober, Ferdinand Fr 16:15 - 17:45 0.031-113


                keine passenden Datensätze gefunden

                Korrekturhinweise

                Die in den Aufgaben beschriebenen Anforderungen müssen durch das Programm erfüllt sein, damit Bonuspunkte gesammelt werden können. Dazu gehört auch, dass alle angeforderten Ressourcen beim erfolgreichen Beenden des Programms wieder freigegeben werden; im Fehlerfall müssen keine Ressourcen freigegeben werden. Für jeden Fehler in der Implementierung werden Punkte von der maximal erreichbaren Punktzahl abgezogen. Jede Datei (C-Datei oder Makefile) gilt als eigenes Modul. Punkte werden in dem Modul abgezogen, wo laut Aufgabenstellung die Funktionalität zu erwarten ist. Jedes Modul wird mit mindestens Null Punkten bewertet. Die maximalen Punkte pro Modul stehen in der Aufgabenstellung. Die folgenden Korrekturrichtlinien zeigen wofür und in welchem Ausmaß Punkte bei Fehlern abgezogen werden. Sie sind als Richtlinien zu verstehen und nicht vollständig. In Ausnahmen kann davon abgewichen werden. Falls nicht weiter spezifiziert wird für jedes Auftreten eines Fehlers die genannten Punkte abgezogen, auch mehrfach für denselben Fehler an unterschiedlichen Stellen im Programm. Tritt derselbe Fehler mehr als zweimal auf, so gibt es ab dem dritten Auftreten keinen Punktabzug mehr und er wird als Folgefehler gewertet. Eine gekürzte Variante der Korrekturhinweise steht als Cheatsheet zum Drucken zur Verfügung.

                Makefile

                Fehlerbild

                Punktabzug

                Anmerkung

                .PHONY fehlt oder unvollständig

                0,5

                Ausnahme: halde, dort optional da noch nicht eingeführt

                all (oder Entsprechung) ist nicht erstes Target

                0,5

                Ausnahme: halde, dort optional da noch nicht eingeführt

                Abhängigkeit(en) fehlen

                0,5

                pro Target

                Auf der Webseite geforderte Compilerflags fehlen

                0,5

                pro Compileraufruf

                CFLAGS oder CC werden nicht genutzt, obwohl in der Aufgabenstellung gefordert

                0,5

                pro Variable

                Übersetzerfehler

                Wenn sich ein Programm nicht übersetzen lässt werden vom jeweiligen Modul Punkte abgezogen. Für jeden Auslöser von Übersetzerfehlern werden Punkte abgezogen. Dies betrifft auch vom Übersetzer ausgelöste Warnungen, da mit -Werror kompiliert wird.

                Fehlerbild

                Punktabzug

                Auslöser eines Übersetzerfehlers

                3

                Falsche oder unzureichende Fehlerbehandlung

                Nutzung von C- und POSIX-Funktionen erfordern korrekte Fehlerbehandlung. Mögliche Fehler sind in der man-Page der betreffenden Funktion nachzulesen. Alle Funktionen benötigen Fehlerbehandlung, außer die Funktion kann nicht fehlschlagen. Ob eine Funktion fehlschlagen kann, richtet sich nach der POSIX Spezifikation (man 3p funktion). Für jede falsche oder nicht ausreichende Fehlerbehandlung werden Punkte abgezogen. Typische Bestandteile einer Fehlerbehandlung sind:

                Nötige Fehlerbehandlung

                Punktabzug

                Prüfen auf Fehler

                0,5

                falls errno zur Fehlerprüfung genutzt wird, obwohl laut Man-Page nicht vorgesehen

                0,5

                Ausgabe des Fehlergrunds mit perror(3) (Funktion setzt errno) oder fprintf(3) (sonst) (*); keine Fehlerausgabe bei selbst geschriebenen Bibliotheksfunktionen (z.B. der halde)!

                0,5

                Behandlung des Fehlers: exit(3) oder return (**); kein exit bei selbst geschriebenen Bibliotheksfunktionen!

                0,5

                Insgesamt wird für eine normale Fehlerbehandlung (Ausnahmen siehe unten) maximal 1 Punkt abgezogen, dies gilt auch wenn die Fehlerbehandlung komplett fehlt. Falls die Fehlerbehandlung das Programm beendet, müssen keine Ressourcen (angeforderter Speicher, offene Dateien, etc.) freigegeben werden.

                Ausnahmen und Ergänzungen

                Fehlerbild

                Punktabzug

                Anmerkung

                Fehlerbehandlung zu malloc(3) fehlt

                0,5

                Fehlerausgabe auf stdout

                0,5

                einmalig pro Abgabe

                Manche Funktionen benötigen aufwändigere Fehlerbehandlung, bei der das Prüfen auf einen Fehler komplizierter ist. Somit kann mehr als ein Punkt abgezogen werden. Der maximale Punktabzug pro Funktion ergibt sich aus der Summe der hier aufgezählten möglichen Fehler. Dieser wird auch verwendet, wenn die Fehlerbehandlung komplett fehlt.
                • strtol(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  errno passend setzen sowie nach Aufruf prüfen

                  0,5

                  endptr prüfen (Eingabe nicht leer und wurde vollständig gelesen)

                  0,5

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • fgets(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewert prüfen

                  0,5

                  Mit feof(3) bzw. ferror(3) auf Fehler prüfen

                  0,5

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • fgetc(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewerte EOF und 0xFF können unterschieden werden

                  1

                  Prüfen des Rückgabewerts auf EOF

                  0,5

                  Mit feof(3) bzw. ferror(3) auf Fehler prüfen

                  0,5

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • sysconf(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewert prüfen

                  0,5

                  Falls die angeforderte Information ein (Min-/Max-)Limit ist, passend errno setzen und prüfen

                  0,5

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • readdir(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewert prüfen

                  0,5

                  errno passend vor jedem Aufruf setzen sowie nach Aufruf im Fehlerfall prüfen

                  0,5

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • getcwd(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewert prüfen

                  0,5

                  errno im Fehlerfall prüfen

                  0,5

                  Falls errno gleich ERANGE, ohne Abbruch Fehlergrund beseitigen und erneut aufrufen

                  1

                  Ausgabe und Behandlung wie oben (*) und (**)

                  1

                • getaddrinfo(3)

                  Nötige Fehlerbehandlung

                  Punktabzug

                  Rückgabewert prüfen

                  0,5

                  Ausgabe des Fehlergrunds mit perror(3) (bei Rückgabe von EAI_SYSTEM) oder gai_strerror(3) (sonst)

                  1

                  Behandlung bei Fehler wie oben (**)

                  0,5

                Fehlerbehandlung bei Ein-/Ausgabe

                Ein-/Ausgabe benötigt Fehlerbehandlung um beispielsweise Fehler beim Schreiben auf eine volle Festplatte zu erkennen und damit Datenverlust zu verhindern. Fehlerbehandlung ist für alle Funktionen nötig, die Ein-/Ausgabe durchführen die zur Grundfunktionalität des Programms gehören (geht aus der Aufgabe hervor). Das beinhaltet beispielsweise printf(3), fclose(3) oder close(2). Ausgenommen davon sind dabei die Fehlermeldungen selbst sowie unwichtige Ausgaben. Falls sich das Programm bei einem Schreibfehler sowieso mit einem Fehlercode beenden würde (bspw. SIGPIPE) so ist keine Fehlerbehandlung nötig. Damit auch Schreibfehler auf stdout erkannt werden (wichtig falls in eine Datei umgeleitet wird), muss vor Beendigung des Programms stdout mit fflush(3) geflushed werden. Dies ist nur nötig, falls das Programm Ausgaben auf stdout nutzt.

                Verbotene Funktionen

                Folgende Funktionen ermöglichen keine korrekte Fehlerbehandlung und dürfen nicht verwendet werden. Als Punktabzug ergibt sich jeweils der maximale Punktabzug der korrekten Alternative.

                Verbotene Funktion

                Alternative

                Punktabzug

                atoi(3)

                strtol(3)

                siehe oben bei strtol(3)

                Programmierfehler

                Fehlerbild

                Punktabzug

                static fehlt

                0,5

                Unnötige globale Variable

                0,5

                free(3) fehlt

                1

                close(2) oder fclose(3) fehlt

                1

                printf(variable), kein Format-String und variable vom Nutzer

                1

                zu kleiner Puffer

                1

                Verlust von benötigter Information durch Casten von Datentypen

                1

                falsche Funktionsparameter

                0,5

                errno wird vor perror(3) überschrieben (z.B. durch Funktionsaufruf)

                0,5

                DoS durch getline() möglich

                2

                sonstige Programmierfehler (Folgefehler nur für dieselben Programmierfehler)

                1

                Programmierstil (Fehler)

                Fehlerbild

                Punktabzug

                Unnötig (deutlich zu) große Puffer

                0,5

                goto, falls offensichtlich unnötig oder um Schleifen nachzubauen (Sprung nach oben)

                1

                Ausgabe in Bibliotheksfunktionen (z.B. bei der halde)

                0,5

                exit(3) in Bibliotheksfunktionen (z.B. bei der halde); abort(3) ist erlaubt wenn es die Angabe vorsieht

                1

                offensichtlich schlechter Code (von Folgefehlern ausgenommen)

                1

                Programmierstil (Hinweise)

                Muster

                Verbesserte Lösung

                if (var) { free(var); }

                free(var); /* NOOP, iff var == NULL */

                if (ptr == 0) { ... }

                if (ptr == NULL) { ... }

                (*ptr).member

                ptr->member

                Friedrich-Alexander-Universität
                Erlangen-Nürnberg

                Schlossplatz 4
                91054 Erlangen
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