Lenguaje CPara Administradores de

Red

Fernando I. Díaz Sánchez

Lenguaje C

El Administrador de Red debe ser una de esas personas que, durante el trabajo, mientras menos lo vean las cosas estarán mejor. Nada mas imagínese a uno de ellos corriendo como pollo sin cabeza por toda la oficina o aun peor, que de pronto lo llame a Ud. y le diga que apague su PC porque va a restaurar en el servidor todos sus emails que han sido borrados.

Ser Administrador de Red no es fácil, y menos si todos piensan que no hacen nada. La verdad es que si uno de ellos está tranquilo y concentrado es porque algo bueno viene creando en su mente, está optimizando, aprendiendo, ordenando, ellos no están contentos si algo se puede hacer mejor y mas rápido.

Al aprender el lenguaje C las cosas para un Administrador de Red pueden salir mucho mejor y más rápido, deja de estar atado a programas que usa para crear los que realmente quiere y necesita. Conociendo el Lenguaje C las posibilidades de hacer cosas asombrosas son muchas. Es cierto, también pueden salir mal, sobre todo si no prestan atención a los detalles.

Este contenido es un pequeño intento por mejorar el aprendizaje de un Lenguaje que ha hecho posible que tengamos un digno trabajo.

>>Fids

Lenguaje C

MAXIMA: «Domina las variables, y dominaras el sistema…»

Lenguaje C

Variables en CSCRIPT I

Lenguaje C

Script I – Variables en C

>> Variables>> Direcciones de Memoria>> Tamaño>> Unidad Básica de Almacenamiento>> Tipos de Datos Básicos en C>> Tamaño de los tipos de datos básicos en C>> Limites de los tipos de datos básicos en C>> Cualificadores de los tipos de datos básicos en C>> Cualificadores de Tamaño>> Cualificadores de Valor>> Resumen de Tipos de Datos>> Tipos de Datos Especiales>> Prueba de Concepto - Detrás de las Variables>> Bonus Track - División de bytes & Protocolo IP>> Bonus Track – Endianness & Lilliput>> Tarea para la Casa>> Anexos>> Bibliografía

Lenguaje C

int edad = 10;

Lenguaje C

10 edad

int

0xf0113b1

VARIABLES

Las variables almacenan datos, eso no tiene ninguna novedad.

El problema es que en C, debemos conocer QUE ES REALMENTE una variable y DE QUE ESTA COMPUESTA

Aquí podemos ver una representación de la línea: int edad = 10;

Pero hay algo que no pusimos en el código…

Y QUE EXISTE REALMENTE

Lenguaje C

DIRECCIONES DE MEMORIA

Las variables almacenan datos, PERO nadie se pregunto en donde se guardan esos datos…

Por esa razón, tus programas no funcionan

Las variables se guardan en la MEMORIA del computador, y la única manera de encontrarlas entre tanta memoria es mediante su DIRECCION

El 2do problema en el lenguaje C es que las direcciones de memoria están identificadas con números HEXADECIMALES…

Y eso no es todo, le antepone las letras 0x

10 edad

int

0xf0113b1

Lenguaje C

TAMAÑO

Las variables almacenan datos en memoria, PERO nadie se pregunto hasta ahora que tamaño ocupan en memoria

Por esa razón, tus programas son lentos

El tamaño depende de que cosa quiero guardar en memoria. ¿Un Número?, ¿Una Letra?, ¿Una Fecha?, ¿Una Imagen?, etc.

Cuando hacemos programas, en realidad no decimos «que cosa quiero guardar», sino que «tipo de dato» voy a guardar

Y los tipos de datos tienen ya un tamaño predefinido en bits

10 edad

int

0xf0113b1

32 bits

Lenguaje C

TAMAÑO

Las variables almacenan datos en memoria que ocupan espacio según su tipo de dato y son identificadas a través de su dirección de memoria. PERO se olvidaron de preguntar cual el tamaño mínimo que podemos guardar

Por esa razón, tus programas son pesados

En las computadoras, el tamaño mínimo que puede ser identificado (mediante su dirección de memoria) es de 8 bits

Y 8 bits forman 1 byte…

10 edad

int

0xf0113b1

32 bits

Lenguaje C

UNIDAD BASICA DE ALMACENAMIENTO

0x0361a71

1 byte ¿Y que puedo guardar en 1 miserable byte?

8 bits, y cada bit solo puede representar 2 posibles valores (cero o uno, encendido o apagado, blanco o negro, sonido o silencio, etc., etc., etc.)

El mas conocido mundialmente es el de ceros y unos…

Así nació el uso mundial del Sistema Binario

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

Lenguaje C

UNIDAD BASICA DE ALMACENAMIENTO

0x0361a71

1 byte ¿Por qué 8 y no 4, 5 ó 6?

Eso lo decidieron nuestros padres, que le vamos a hacer…

Ellos pensaron que la combinación de 8 bits da como resultado un buen balance para interpretar información y ahorrar complejidad en el seguimiento de las direcciones de memoria.

Después de todo, 255 valores diferentes no esta nada mal para representar algo

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

Lenguaje C

UNIDAD BASICA DE ALMACENAMIENTO

0x0361a71

1 byte ¿255 valores? Y eso de donde salió

No has prestado atención…

Cada bit solo puede tomar uno de 2 posibles valores. El valor CERO o UNO. Por lo tanto, si juntamos 8 combinaciones de ceros y unos, tenemos:

0000 0000 = 00000 0001 = 10000 0010 = 20000 0011 = 3….1111 1111 = 255

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

Lenguaje C

UNIDAD BASICA DE ALMACENAMIENTO

0x0361a71

1 byte ¿Y como se guardan las letras del teclado?

Las letras o caracteres, son en realidad números que el sistema operativo interpreta.

Por ejemplo, la letra ‘A’ en realidad corresponde con el número 65. La tecla ENTER corresponde con el número 13, etc.

Esa correspondencia (número -> carácter) obedece a estándares internacionales diseñados hace muchos años.

Un estándar conocido es el formato ASCII

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

Lenguaje C

UNIDAD BASICA DE ALMACENAMIENTO

0x0361a71

1 byte Si 8 bits me permiten combinar 255 valores diferentes, y pueden servir para representar caracteres…

¿Cómo sabemos que el valor 65 hace referencia al número 65 y no a la letra ‘A’?

…Eso lo sabemos según el TIPO DE DATO que hemos utilizado

El 3er problema en C es la confusión entre los tipos de datos y el desconocimiento de como se almacenan en memoria

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

¿Y no que todo era binario…?

Sí, todo lo que guardamos es binario, pero el Lenguaje C nos permite «CLASIFICAR» lo que guardamos en binario…

Los tipos de dato nos permiten darle un «sentido» a la información que guardamos

Técnicamente los tipos de dato se reducen a números de diferentes tamaños y formas

Es decir, el lenguaje C bailará con números…

char

int

floatdouble

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

Caracteres (visibles e invisibles)

Números Enteros

Números de doble precisión

char

int

floatdouble

Números de simple precisión

Lenguaje C

TAMAÑO DE LOS TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

char

int

float

double

8 bits

32 bits

32 bits

64 bits

Lenguaje C

LIMITES DE TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

0 a 255

-2147483648 a 2147483647

Números de doble precisión

char

int

floatdouble

Números de simple precisión

Lenguaje C

CUALIFICADORES DE TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

shortlonglong longsignedunsigned

¿Cuali… qué?

Ahora sabemos bien el tamaño que ocupan los tipos de datos, pero uno llega a preguntarse:

¿Y si quiero guardar el valor 256, porque desperdiciar 16 bits que no usare con el int?

¿Y que pasa con los valores negativos?

¿Hay alguna manera de ajustar los tamaños de los tipos de datos para hacerlos mas flexibles?

Lenguaje C

CUALIFICADORES DE TIPOS DE DATOS BASICOS EN C

¿Qué son los cualificadores?

Son mecanismos en C que permiten «ajustar» los tamaños o límites de los tipos de datos básicos, ya sea a modo de expansión o de reducción en los bits que ocupan o en su representación numérica

De todos ellos, el cualificador signed es el cualificador por defecto.

Es decir, todas las variables que se declaren en un programa en C tendrán el cualificador signed a menos que se indique lo contrario

shortlonglong longsignedunsigned

Lenguaje C

CUALIFICADORES DE TAMAÑO

int32 bits

short int16 bits

long int64 bits

Lenguaje C

char8 bits

CUALIFICADORES DE TAMAÑO

¿Y nuestro querido char

porque no tiene

cualificadores de tamaño?

Lenguaje C

CUALIFICADORES DE VALOR

unsigned char

unsigned int

unsigned short

unsigned long

8 bits

32 bits

16 bits

64 bits

Lenguaje C

RESUMEN DE TIPOS DE DATOSTipo de dato signed /

unsignedLimite signed Limite unsigned

char 8 bits -128 a 127 0 a 255

short [int] 16 bits -32768 a 32767 0 a 65535

int 32 bits -2147483648 a 2147483647 0 a 4294967295

long [int] 64 bits -9223372036854775808 to 9223372036854775807

0 to 18446744073709551615

long long [int] 64 bits -9223372036854775808 to 9223372036854775807

0 a 9223372036854775807

float 32 bits 1.17549e-38 to 3.40282e+38 No existe

double 64 bits 2.22507e-308 to 1.79769e+308 No existe

long double 128 bits 2.22507e-308 to 1.79769e+308 No existe

Nota: Los tipos de datos float, double y long double no usan cualificadores de valor (signed o unsigned)

Lenguaje C

RESUMEN DE TIPOS DE DATOS

Nota: Los tipos de datos mostrados son de un servidor Red Hat 6.2 64 bits , es posible que los valores difieran en otros SO

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS ESPECIALES

¿Qué tienen de especial?

El tipo dato bool solo permite registrar los valores enteros CERO y UNO

Internamente, el tipo de datos bool ocupa 1 byte (al igual que char), pero no se permite guardar números diferentes de cero o uno.Si el valor asignado es diferente de CERO, la variable de tipo bool tomara el valor UNO.

Este comportamiento nos permite representar los valores VERDADERO (true,1) o FALSO (false,0). Para poder usar bool debemos incluir la librería stdbool.h

boolvoid

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS ESPECIALES

Nótese que usamos el header stdbool.h para poder usar el tipo de dato bool

bool

Nota: Una confusión común es no tener claro si 1 es FALSO o VERDADERO. Una forma sencilla de recordarlo es preguntarse cuanto vale un billete FALSO

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS ESPECIALES

¿Qué tienen de especial?

El tipo dato void permite guardar cualquier información para luego ser recuperada según el tipo de dato que nos interese

El tipo de datos void ocupa 8 bytes debido a que lo que guarda en realidad son direcciones de memoria

Para poder usar una variable del tipo void, deben usarse en forma de punteros (void *), de lo contrario ocurrirá un error de compilación

boolvoid

Lenguaje C

int edad = 10;

Lenguaje C

DETRAS DE LAS VARIABLES

edad

int

0x7ffffc127f27

32 bits

8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

0000 10100000 00000000 00000000 0000

100x7ffffc127f26 0x7ffffc127f25 0x7ffffc127f24

Lenguaje C

DETRAS DE LAS VARIABLES

Se puede apreciar que la variable edad abarca 4 bytes de memoria porque es de tipo int.

En cambio los valores de tipo char solo abarcan 1 byte

Ir a siguiente dirección de memoria

Ir a siguiente dirección de memoria

Ir a siguiente dirección de memoria

???

Lenguaje C

DETRAS DE LAS VARIABLES – PRUEBA DE CONCEPTO

DEMOSTRADO !

El lenguaje C solamente maneja bits con sus posiciones de memoria; Es el programador quien decide como quiere interpretar los bits valiéndose de los tipos de datos proporcionados por el lenguaje

Nota: EL orden de los caracteres se debe a que se la arquitectura trabaja con LittleEndian del cual trataremos ma adelante

Lenguaje C

DETRAS DE LAS VARIABLES – PRUEBA DE CONCEPTO

DEMOSTRADO !

El tipo de dato void permite ubicarse en cualquier posición de memoria de cualquier variable del programa

¿Cuándo USAR VOID?

El uso del tipo de dato void suele utilizarse en programas complejos que requieren alta velocidad y flexibilidad en la manipulación de datos. Su desventaja es lo peligroso que puede llegar a ser y lo engorroso en su sintaxis

Lenguaje C

DETRAS DE LAS VARIABLES

Las variables son estructuras del lenguaje C que permiten almacenar información que es accedida mediante una dirección de memoria y que ocupan un tamaño según sea el tipo de dato y cualificador con las que fueron declaradas.

El sistema operativo es el responsable de separar el espacio necesario por cada variable a utilizar

El programador es el responsable de darle la adecuada interpretación a los datos así como su adecuada manipulación.

Las variables guardan información binaria agrupada en bloques de 8 bits Dependiendo de la arquitectura del equipo donde se ejecuta un programa

en C, las variables pueden ser almacenadas ya sea en formato Big Endian o Little Endian

Conociendo el funcionamiento de las variables podremos optimizar nuestros programas y hackear el sistema!

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

4 bits4 bits

Dividiendo los bytes

Si bien la unidad básica de almacenamiento es 1 byte, sus 8 bits que lo componen pueden ser referenciados mediante variables

Por ejemplo, podemos crear 2 variables cada una de 4 bits o inclusive podemos crear 8 variables de 1 bit cada una

Esto es particularmente útil cuando diseñamos protocolos de comunicación para redes de computadoras

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

5 bits3 bits

Dividiendo los bytes

Es importante recordar que si bien podemos fragmentar los bytes, no podemos reducir su tamaño de almacenamiento.

Imaginemos que necesitamos guardar los días de la semana (que son 7) e ingenuamente pensamos que podremos optimizar espacio en disco si declaramos una variable de 3 bits de longitud

La sorpresa será que la variable de 3 bits declarada sigue teniendo un tamaño de 1 byte

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

5 bits3 bits

Dividiendo los bytes

¿Entonces de que me sirve?

Nos sirve de mucho si queremos ahorrar espacio al máximo, siempre y cuando tengamos mas de 1 variable que podamos incluir en 1 byte

Ejemplo:Necesitamos 2 variables para almacenar el día de la semana y el día del mes

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

5 bits3 bits

Dividiendo los bytes

¿Entonces de que me sirve?

El programador común hará algo similar a esto:

int dia_semana = 7;int dia_mes = 31;

Estas variables consumen 64 bits (cada int ocupa 32 bits)

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

5 bits3 bits

Dividiendo los bytes

¿Entonces de que me sirve?

El programador obsesionado con el tamaño de sus variables hará esto:

struct fecha{unsigned char dia_semana:3;unsigned char dia_mes:5;

};

Estas variables juntas consumen solo 8 bits

Lenguaje C

BONUS TRACK

0x0361a71

1 byte

8 bits

0

0

0

0

0

0

0

0

1 1 1 1 1 1 1 1

5 bits3 bits

Dividiendo los bytes

Wow !

64 bits vs 8 bits es una diferencia bastante grande cuando se trata de redes y comunicaciones.

Es por eso que los protocolos aprovechan esta característica del lenguaje C para hacer de las suyas y llevar al limite el envío de información en pocos bits

Lenguaje C

BONUS TRACKPrueba de Concepto

Demostrado !

Se puede reducir significativamente el tamaño de las variables agrupándolas en estructuras y dividiendo sus bytes.

Lenguaje C

BONUS TRACK – PROTOCOLO IPPrueba de Concepto

Demostrado !

Se puede apreciar una implementación (barata por supuesto) del protocolo IP el cual aplica el concepto de división de bytes

Un paquete IP normal ocupa 20 bytes gracias a este mecanismo.

De esta manera se ahorra espacio al enviar trafico por la red

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS

edad

int

0x7ffffc127f27

8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

0000 10100000 00000000 00000000 0000

100x7ffffc127f26 0x7ffffc127f25 0x7ffffc127f24

¿En que orden se almacenan los bits?

Uno de los aspectos mas confusos cuando se aprende el lenguaje C a fondo es la forma en la que se almacenan físicamente los datos.

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS

Despedazando el Byte

La forma en la que se numera un byte es de derecha a izquierda. Esto a veces no es simple de entenderlo. Pondremos un ejemplo sencillo

Imaginemos que pudiéramos guardar números decimales dentro de un byte. ¿Cuál sería la manera correcta de numerar el 765?

¿00000765 o 76500000 ?

A algunos le resulta razonable la 2da forma hasta que se encuentran con el problema de numerar 7650 o 76500

0x0361a71

7

6

5

4

3

2

1

0

10

MSB LSB

0

0

0

0

1

0

1

0

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS

Despedazando el Byte

Eso no es todo. Cada byte contiene 2 partes bien diferenciadas a tener en cuenta.

La posición 0 (cero) que se encuentra mas a la derecha se le conoce como LSB (Less Significant Bit) o Bit menos significativo

La posición 7 que se encuentra mas a la izquierda, se le conoce como MSB (Most Significant Bit) o Bit Mas significativo

Son utilizados para realizar operaciones con bits 0x0361a71

7

6

5

4

3

2

1

0

10

MSB LSB

0

0

0

0

1

0

1

0

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESSPrueba de Concepto

Demostrado !

Los datos son almacenados en bits agrupados en 8 formando 1 byte. Se almacenan siguiendo la numeración tradicional (de derecha a izquierda)

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS¿Y cuál es el problema?

No hay ningún problema para almacenar 1 byte. El problema viene cuando queremos almacenar información multibyte (tipos de dato diferentes de char)

32 bits ( 4 bytes)

byte 1byte 2byte 3byte 4

0 0 0 10

32 bits ( 4 bytes)

byte 1byte 2byte 3byte 4

10 0 0 0

Little Endian

Big Endian

¿Por qué es un problema?

Porque todos los equipos con un formato Little Endian leerán de forma incorrecta la información proveniente de los equipos con formato Big Endian y viceversa

En nuestro ejemplo, el byte 1 es distinto en ambos formatos. Babilonia otra vez!

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS¿De donde provienen los nombres Little Endian y Big Endian?

Los nombres fueron extraídos de la novela «Los viajes de Gulliver» que relata la disputa en Lilliput por la forma de comer los huevos cocidos. Unos exigían que debía ser por la parte pequeña (Little Endian) y otros por la parte grande (Big Endian)

32 bits ( 4 bytes)

byte 1byte 2byte 3byte 4

0 0 0 10

32 bits ( 4 bytes)

byte 1byte 2byte 3byte 4

10 0 0 0

Little Endian

Big Endian

El formato Little Endian es el mas común, sin embargo algunas arquitecturas trabajan con Big Endian.

Big Endian también es muy utilizado en la transmisión de datos de red, por lo tanto la mayoría de protocolos lo implementa con este formato

Lenguaje C

BONUS TRACK - ENDIANNESS

Prueba de Concepto

Demostrado !

El formato Little Endian empieza su numeración desde el extremo izquierdo

Lenguaje C

TAREA PARA LA CASA

¿No hay cuando acabar con estos tipos?

El lenguaje C no solo tiene tipos de datos básicos, también tiene otros tipos de datos que permiten manipular información mas compleja (como el tiempo)

Incluso, el lenguaje C permite ‘crear’ nuestros propios tipos de datos mediante estructuras y uniones para representar entidades mas complejas que un tipo de dato básico no basta para completarlo

Investiga que otros tipos de datos no básicos podemos usar en C

clock_ttime_twchar_twint_t

Lenguaje C

TAREA PARA LA CASA

¿No hay cuando acabar con estos tipos?

El lenguaje C es muy popular en el mundo y ha tenido varios estándares mundiales que rigen su buen uso y mejoras en el tiempo.

Entre los estándares mas conocidos tenemos al estándar C99 (1999) y C11 (2011) cuyas reglas han sido agregadas en los diferentes compiladores de C.

En estos estándares se recomienda usar tipos de datos enteros basados en su tamaño. Investiga cuales son y para que sirven

int8_tuint32_tintptr_tintmax_tsize_t… etc

Lenguaje C

Anexos¿Qué necesito para programar en C bajo Linux?

gcc, gdb, vim

¿Cómo compilar un programa C en Linux?

gcc mi-programa.c -g -o mi-programa.exe

¿Cómo depurar un programa C en Linux?

gdb mi-programa.exe

¿Qué necesito para programar en C bajo Windows?

Visual C++ ó Borland C ó C Builder, etc

Nota: La extensión .exe es solo para referencia sencilla de que se trata de un ejecutable, no es necesario por lo tanto agregarle dicha extensión en realidad

Nota: Si se desea programar con el estándar C11 se deberá obtener una copia del compilador gcc 4.8.1.

Lenguaje C

BibliografiaThe C Programming Language, 2nd Edition, B. Kernighan, Dennis Ritchie.

The Art and Science of C, Eric S. Roberts.

Programming in C, 3rd Edition, Stephen G. Kochan

Programación en C, Metodología, algoritmos y estructura de datos. Luis Joyanes Aguilar

C Programming A Modern Approach. Second Edition. K.K.King

Essential C. Standford CS Education Library. Nick Parlante

Lenguaje C

BibliografiaBit Numbering (http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_numbering)

Endianness (http://en.wikipedia.org/wiki/Endianness)

White Paper: Endianness or Where is Byte 0?. Bertrand Blanc, Bob Maaraoui

Understanding Big and Little Endian Byte Order | Better Explained (http://betterexplained.com/articles/understanding-big-and-little-endian-byte-order)

Writing endian-independent code in C. Harsha S. Adiga (http://www.ibm.com/developerworks/aix/library/au-endianc/index.html?ca=drs-)

ISO/IEC 9899:TC2 (C99)