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Explorando sistemas operativos: 69 días de implementación de buceo profundo en C

Descripción general

Este repositorio es un viaje a través de conceptos del sistema operativo, con implementaciones prácticas en C. cada día se centra en un tema específico, proporcionando una comprensión teórica y una experiencia de codificación práctica.

Estructura de repositorio

• Cada tema tendrá su propio directorio
• Incluye el código fuente, las explicaciones y los detalles de implementación
• Camino de aprendizaje progresivo de conceptos básicos a avanzados del sistema operativo

Hoja de ruta de exploración de 69 días

Día	Tema	Categoría de concepto	Nivel de dificultad	Enfoque de implementación
1	Concepto de proceso	Procesos	Fácil	Definición de proceso
2	Procesar estados y transiciones	Procesos	Medio	Implementación del diagrama estatal
3	Mecanismos de creación de procesos	Procesos	Medio	Horqu (), exec () syscalls
4	Conceptos básicos de programación de procesos	Programación	Medio	Algoritmo FCFS
5	Algoritmos de programación	Programación	Duro	SJF, Prioridad, Round Robin
6	Conmutación de contexto	Procesos	Duro	Detalles de implementación
7	Concepto de hilo	Trapos	Fácil	Entendimiento básico de hilo
8	Creación y gestión de hilos	Trapos	Medio	Hilos Posix
9	Hilo vs comparación de procesos	Trapos	Medio	Análisis comparativo
10	Modelos de lectura múltiple	Trapos	Duro	Usuario vs hilos de kernel
11	Fundamentos de concurrencia	Sincronización	Medio	Condiciones de carrera
12	Mutex y semáforos	Sincronización	Duro	Implementación
13	Conceptos de punto muerto	Sincronización	Duro	Estrategias de prevención
14	Algoritmos de detección de punto muerto	Sincronización	Duro	Algoritmo de banquero
15	Descripción general de la gestión de la memoria	Memoria	Fácil	Jerarquía de memoria
16	Dirección lógica vs física	Memoria	Medio	Traducción de direcciones
17	Asignación de memoria contigua	Memoria	Medio	Estrategias de asignación
18	Mecanismo de paginación	Memoria	Duro	Implementación de la tabla de páginas
19	Algoritmos de reemplazo de la página	Memoria	Duro	FIFO, LRU, óptimo
20	Segmentación	Memoria	Medio	Tabla de segmento
21	Conceptos de memoria virtual	Memoria	Duro	Paging de demanda
22	Asignación internal de asignación de memoria (Malloc, gratis)	Gestión de la memoria	Duro	Asignador de memoria personalizada
23	Técnicas de gestión de memoria dinámica	Gestión de la memoria	Duro	Estrategias del grupo de memoria
24	Bastics del sistema de archivos	Sistemas de archivos	Fácil	Concepto de archivo
25	Estructura del sistema de archivos	Sistemas de archivos	Medio	Estructuras de directorio
26	Métodos de asignación de archivos	Sistemas de archivos	Medio	Contiguo, vinculado
27	Gestión de espacio libre	Sistemas de archivos	Duro	Bit vector, lista vinculada
28	Mecanismos de protección de archivos	Sistemas de archivos	Medio	Control de acceso
29	Gestión del sistema de E/S	Sistemas de E/S	Medio	Dispositivos de E/S
30	Algoritmos de programación de disco	Sistemas de E/S	Duro	Escanear, c-scan
31	Manejo de interrupciones	De bajo nivel	Duro	Vectores de interrupción
32	Implementación de llamadas del sistema avanzado	Programación de bajo nivel	Duro	Diseño de envoltura de syscall
33	Rastreo de llamadas del sistema avanzado	De bajo nivel	Duro	Intercepción syscall
34	Desarrollo del módulo del núcleo	De bajo nivel	Duro	Módulos de núcleo cargables
35	Comunicación entre procesos	IPC	Duro	Tuberías, colas de mensajes
36	Memoria compartida avanzada	IPC	Duro	Memoria compartida de bajo nivel
37	Programación de socket Dive Deep Dive	Networking	Duro	Implementación de socket en bruto
38	Programación de CPU avanzada	Programación	Duro	Colas de varios niveles
39	Sistemas operativos en tiempo real Interestales	Especializado	Duro	Diseño de núcleo RTOS
40	Gestión de la memoria del kernel de Linux	Núcleo	Duro	Asignador de losas
41	Sincronización de proceso avanzada	Sincronización	Duro	Algoritmo de Peterson
42	Teoría del gráfico de asignación de recursos	Sincronización	Duro	Representación de punto muerto
43	Técnicas de fragmentación de memoria	Memoria	Medio	Fragmentación avanzada
44	Gestión de caché internales	Memoria	Duro	Coherencia de caché
45	Revista del sistema de archivos	Sistemas de archivos	Duro	Mecanismos de transacción
46	Desarrollo del controlador de dispositivos	De bajo nivel	Duro	Controladores de dispositivos de caracteres
47	Implementación del mecanismo de seguridad	Seguridad	Duro	Núcleo de control de acceso
48	Simulador de programación de procesos	Programación	Duro	Simulador integral
49	Interna de sistemas de archivos de red	Sistemas de archivos	Duro	Diseño de FS distribuido
50	Manejo de errores Mecanismos del núcleo	De bajo nivel	Duro	Gestión de excepciones
51	Hypervisor de memoria virtual	Avanzado	Duro	Técnicas de virtualización
52	Algoritmos de OS distribuidos	Avanzado	Duro	Protocolos de consenso
53	Diseño de núcleo del sistema operativo integrado	Especializado	Duro	Núcleo mínimo
54	Diseño avanzado de Microkernel	Arquitectura	Duro	Pase de mensajes
55	Perfil de rendimiento del sistema operativo	Avanzado	Duro	Rastreo de núcleo
56	Primitivas de procesamiento paralelo	Avanzado	Duro	Paralelismo de bajo nivel
57	Mecanismos de tolerancia a fallas	Avanzado	Duro	Técnicas de recuperación
58	Equilibrio de carga avanzada	Avanzado	Duro	Estrategias de programación
59	Contenedorización internal	Avanzado	Duro	Implementación del espacio de nombres
60	Primitivas de sincronización del núcleo	Avanzado	Duro	Spinlocks, rcu
61	Análisis de vulnerabilidad de seguridad	Seguridad	Duro	Desbordamiento del búfer
62	Mecanismos criptográficos del núcleo	Seguridad	Duro	Primitivas de cifrado
63	Técnicas de detección de malware	Seguridad	Duro	Detección de nivel de núcleo
64	OS Forensics Deep Dive	Seguridad	Duro	Análisis de rastreo de núcleo
65	Diseño del asignador de memoria	Memoria	Duro	Implementación del montón personalizado
66	Mecanismos avanzados de IPC	IPC	Duro	Señalización avanzada
67	Técnicas de depuración del kernel	De bajo nivel	Duro	Análisis de choque de kernel
68	Manejo avanzado de syscall	De bajo nivel	Duro	Optimización de syscall
69	Prototipo completo del kernel del sistema operativo	Proyecto	Duro	Núcleo de arranque mínimo

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Proyectos finales

Cada proyecto abarca 3 días, lo que permite una exploración e implementación en profundidad.

1. Construir un kernel de arranque mínimo

   • Cree un kernel simple que inicie e imprima un mensaje en la pantalla.

2. Implementar un asignador de memoria personalizado

   • Diseñe e implementen un asignador de memoria con la funcionalidad Malloc, Free y RealLoc.

3. Desarrollar un simulador de sistema de archivos

   • Simule un sistema de archivos básico con estructuras de directorio, asignación de archivos y gestión de espacio libre.

4. Crear un simulador de programación de procesos

   • Implemente un simulador para varios algoritmos de programación como FCFS, SJF y Round Robin.

5. Diseñar un administrador de memoria virtual

   • Cree un Administrador de memoria virtual con algoritmos de reemplazo de paginación y página.

6. Desarrollar un módulo de núcleo cargado

   • Escriba un módulo de núcleo que interactúe con el kernel de Linux y realice una tarea específica.

7. Implementar un sistema de archivos de red

   • Cree un sistema de archivos distribuido básico con la comunicación cliente-servidor.

8. Construir un núcleo del sistema operativo en tiempo real

   • Diseñe un núcleo RTOS mínimo con primitivas de programación de tareas y sincronización.

Que contribuye

• Implementaciones de código detalladas bienvenido
• Siga los estándares de codificación
• Incluir documentación integral

Objetivos de aprendizaje

• Comprensión profunda de los principios del sistema operativo
• Habilidades de programación C Practice C
• Técnicas de resolución de problemas del mundo real

Requisitos previos

• Programación C
• Conocimiento profundo de la informática
• Comprensión del kernel de Linux/Unix recomendado

Licencia

LICENCIA

Descargo de responsabilidad

Este es un recurso educativo avanzado para comprender los sistemas operativos a través de una implementación en profundidad.