Learning Record:CS110L
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Apr 17, 2022
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cs110l
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TL;DR CS110L:Safety in Systems Programming主要讲Rust语言，课程着重讲Rust是如何避免各种安全问题的，从单机场景下的内存安全，到多进程、多线程下的并发安全。更多的课程相关信息可以参考： - 官网：https://web.stanford.edu/class/cs110l/ - CS自学指南：https://csdiy.wiki/编程入门/CS110L/ - 公开课评价网：https://conanhujinming.github.io/comments-for-awesome-courses/编程语言/StandfordCS110L系统编程中的安全(Rust)/
程序分析
Lecture #01,Lecture #02,Week1 Exercise
这个部分主要是讲在C，C++上的程序分析，介绍了基本的程序分析方法以及工具。
动态分析主要介绍了Valgrind和Sanitizers工具。
- Valgrind主要是在二进制代码中插入代码进行跟踪
- Sanitizers是在源代码层面上插入代码进行跟踪
动态分析的局限在于只能检测出实际发生的错误。因此，动态分析需要足够大的输入数据分布来暴露出程序的问题。为了得到更多样的输入，还介绍了随机化输入技术Fuzzing。
静态分析主要介绍了数据流的静态分析方式。
Week1 Exercise是关于这一节课的练习，主要引导我们利用clang-tidy(静态分析)，Valgrind(动态分析)，Sanitizers（动态分析），libFuzzer(Fuzzing)工具来检测程序中出现的bug，在实践中体会程序分析。
内存安全
Lecture #03,Lecture #04,Lecture #05,Week3 Exercise
这个部分主要讲Rust的Ownership Rule和Borrow Rule，是Rust的核心。通过以一些C++和Rust的例子的对比，说明Rust是如何通过这些规则来保证内存安全的。
最后讲了Rust的错误处理，Rust的错误处理方式很大程度上帮助Rust避免了空指针和悬空指针的问题。通过对比C（返回错误代码），C++（异常），Rust(Enums)，三种编程语言的错误处理方式，体现Rust错误处理的优势，我认为Rust的错误处理主要有三个特点：
- Enum类型保证了错误一定会被处理，Rust中错误和有效值一定是两种类型，错误无法被忽略
- ？语言糖帮助更方便进行错误传播
- panic直接中止程序，暴露出错误
实践中，错误应该向外传播还是直接中止，我觉得下图给了一个很好的指导原则
编程特性
Lecture #06,Lecture #07,Lecture #08,Lecture #08
这一部分主要讲Rust的一些编程特性，包括：
- 自定义类型：用Rust写单向链表做例子
- OOP
- 泛型编程
多进程
Lecture #10,Lecture #11
主要内容是分析Linux中进程，以及进程间通信方式接口的一些缺陷，比如：
- fork()是不安全的
- fork()与线程混用很容易出错
- pipe是不安全的
- pipe的表示是整形，很容易误用
- signal是不安全的
针对这些问题，Rust提供了一些更高层的接口来保证安全使用：
- Command代替fork
- Pipe类型
最后，还分析了Chrome的架构。在复杂的浏览器架构下，虽然多线程会得到更好的性能以及其他好处，但是为了安全和隔离性，Chrome还是采用多进程架构。
Project1: The DEET Debugger
该课程的第一个小项目，写一个简单的debug工具，难度不难，因为框架都搭好了，ptrace的使用接口也封装好了，逻辑也不难。主要是体验一下Rust还有浅层的了解一下debug工具是如何通过ptrace实现的。
多线程
Lecture #12，Lecture #13
主要介绍Rust是如何进行多线程编程的，以及是如何是如何避免并发问题：
- Ownership Rule，Borrow Rule在多线程上的作用
- multiple ownership
- safety type
有趣的是，Rust这些保证内存安全的规则竟也能有效地用于解决并发问题。除此之外，在Rust的高层抽象下，个人认为Rust的多线程编程模型也相当简洁易懂。