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

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                    Übung

                    Siehe SP-Startseite.

                    Anmeldung

                    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. Um an diesem Übungsbetrieb teilnehmen zu können, müssen sich alle Teilnehmer auf folgenden Plattformen anmelden:
                    • Tafelübung: Waffel-Link unter „Aktuelles“ nach der ersten Vorlesung verfügbar.
                    Zusätzlich sollten Sie sich vorab mit dem Programmieren unter Linux vertraut machen:
                    • Linux-Vorkurs der FSI Informatik
                    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.

                    Termine

                    • Tafelübungen: Siehe Waffel-Link unter „Aktuelles“ (nach der ersten Vorlesung verfügbar).
                    • Rechnerübungen: Im Campo unter Menü (links oben) > Studienangebot > Veranstaltungen suchen > „Systemprogrammierung“ > Übungen / Rechnerübungen > Parallelgruppen / Termine.
                    Beachten Sie, dass nicht immer alle vor Semesterbeginn im Campo eingetragenen Termine angeboten werden können. Die tatsächlich angebotenen Tafelübungen werden zum Semesterstart im Waffel eingetragen (nicht im campo). Die tatsächlich stattfindenden Rechnerübungen werden vor der ersten Übungswoche im campo aktualisiert.

                    Übungsfolien

                    All slides are copyrighted (C) 2011-2023 by University of Erlangen-Nürnberg, Germany. Use without prior written permission of the authors is not permitted!

                    • Foliensatz

                    • Orga
                    • IPC Grundlagen
                    • IPC Schnittstelle
                    • Ein- und Ausgabe
                    • Beispiele

                    • Foliensatz

                    • IPC-Schnittstelle Server
                    • UNIX-Signale
                    • Signale-API von UNIX
                    • Zombies
                    • Makefile
                    • sister
                    • Beispiel

                    • Keine Materialien hinterlegt

                    • Foliensatz

                    • Nebenläufigkeit durch Signale
                    • Nebenläufiger Zugriff auf Variablen
                    • Passives Warten auf ein Signal
                    • Mehr Details zu UNIX-Signalen
                    • Umleiten von Dateien
                    • Gelerntes anwenden

                    • Keine Materialien hinterlegt

                    • Foliensatz

                    • Mutexe und Bedingungsvariablen
                    • Nichtblockierende Synchronisation
                    • Module und Symbole
                    • Statische Bibliotheken
                    • Dynamische Bibliotheken
                    • jbuffer

                    • Keine Materialien hinterlegt

                    • Foliensatz

                    • Foliensatz

                    • Thread-Pool
                    • Zusammenführung von BS-Konzepten
                    • mother

                    • Foliensatz

                    • Klausur
                    • Man-Pages

                    • Keine Materialien hinterlegt

                    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 ein Git-Repository 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. Die abgegebenen Aufgaben werden von uns korrigiert und bewertet. Die Ergebnisse der Korrektur sind nach Login im Waffel einsehbar.

                    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.

                    Nr. Titel Kurzbeschreibung Ausgabe Bearbeitungszeit
                    (Werktage)
                    Gruppen Abzugebende Dateien Zusatzinfos
                    1 snail Socket-Kommunikation (Client) Montag, 21.10.2024 10 Nein snail.c, Makefile
                    2 sister Socket-Kommunikation (Server), Signale, Makefile Montag, 04.11.2024 11 Ja sister.c, connection-fork.c, request-http.c, Makefile API-Dokumentation
                    3 rush POSIX-Signale, Filedeskriptoren, Nebenläufigkeit Montag, 18.11.2024 11 Ja Makefile, rush.c API-Dokumentation
                    4 jbuffer Semaphore, nicht-blockierende Synchronisation, Bibliotheken Montag, 02.12.2024 10 Nein jbuffer.c, sem.c, Makefile API-Dokumentation
                    5 mother Socket-Kommunikation (Server), POSIX-Threads, Verzeichnisse, Prozesse, Signale Montag, 06.01.2025 11 Ja connection-mt.c, request-httpx.c API-Dokumentation

                    Miniklausur

                    Die Teilnahme an der  Miniklausur ist freiwillig, sie wird wie eine Übungsaufgabe gewertet. Der Anmeldelink wird unter „Aktuelles“ bekanntgegeben.

                    Häufige Fehler

                    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.

                    Makefile

                    Fehlerbild Anmerkung Punktabzug
                    .PHONY fehlt oder unvollständig Ausnahme: halde, dort optional da noch nicht eingeführt 0,5
                    all (oder Entsprechung) ist nicht erstes Target Ausnahme: halde, dort optional da noch nicht eingeführt 0,5
                    Abhängigkeit(en) fehlen pro Target 0,5
                    Auf der Webseite geforderte Compilerflags fehlen pro Compileraufruf 0,5
                    CFLAGS oder CC werden nicht genutzt, obwohl in der Aufgabenstellung gefordert pro Variable 0,5

                    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 Anmerkung Punktabzug Fehlerbehandlung zu malloc(3) fehlt 0,5 Fehlerausgabe auf stdout einmalig pro Abgabe 0,5 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 unkontrollierte Speicherallokation (e.g., getline()) möglich 2
                    Verwendung von uninitialisiertem Speicher 1
                    zu spätes Freigeben von zuvor angefordertem Speicherplatz (maximal 2x) 0,5
                    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 Bibliotdeksfunktionen (z.B. bei der halde) 0,5
                    exit(3) in Bibliotdeksfunktionen (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

                    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.
                    Friedrich-Alexander-Universität
                    Erlangen-Nürnberg

                    Schlossplatz 4
                    91054 Erlangen
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