La lib posix — Capa de Abstracción de Plataforma (PAL), Relojes, Señales y CSPRNG

30.1. ¿Por qué existe la lib posix? (El problema real y la filosofía Ridgun)

«¿Por qué necesito una lib posix escrita desde cero en Ridgun puro en lugar de enlazar una librería de C de toda la vida?»

Esa es la primera pregunta que se hace cualquier ingeniero de sistemas al llegar a posix. Y la respuesta resume toda la filosofía de ridgun-libs:

Seamos sinceros: las banderas como O_CREAT, O_NONBLOCK o los números de syscall cambian entre Linux, macOS y arquitecturas (X86_64 vs Arm64), y en C todo se resuelve con una jungla ilegible de #ifdef.

La lib posix implementa la Capa de Abstracción de Plataforma (PAL) de 2 niveles de Ridgun usando guardas tabulares sobre sys os (Linux | MacOS | Windows) y sys arch (X86_64 | Arm64 | RiscV64), además de sondeo de descriptores (wait fd / PollStatus), relojes monótonos y de pared (RGF-017), señales (RGF-018) y entropía CSPRNG del kernel (sys random bytes).

En un ecosistema tradicional, resolver las tareas del dominio POSIX implica arrastrar dependencias externas en C, lidiar con punteros crudos, conversiones opacas de tipos, excepciones no verificadas o pausas impredecibles del recolector de basura. En Ridgun, la lib posix (src/main/ridgun/lib/posix.rg) aborda el problema con cuatro principios innegociables:

1. Declara import posix (o import posix as alias) al inicio del archivo: cada lib define su espacio de nombres module :: posix y en modo --strict las funciones multi-palabra se invocan siempre con espacios naturales.
2. Encadena tus tuberías de izquierda a derecha con ->: escribe entrada paso uno -> paso dos -> resultado, usa máscaras (+ _ _ +) para desestructurar secuencias y omite _ = en sentencias secuenciales (o descarta con -> ()).
3. Recursión de cola con TCO (Tail-Call Optimization): todos los recorridos internos de posix se compilan a bucles nativos en $O(1)$ espacio de pila.
4. Memoria determinista (RMM1 / RMM2): cada estructura intermedia se libera en el instante exacto en que termina su última lectura, sin Garbage Collector.

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30.2. Artefactos nativos, importación y catálogo completo de la API de posix

En ridgun-libs, posix es una lib de primera clase ubicada en src/main/ridgun/lib/posix.rg (dominio POSIX). Al compilar con stable bundle, se empaqueta en tres artefactos nativos:

Artefacto	Ruta	Propósito
Bundle Ridgun	target/bundles/posix.rglib	Distribución e importación directa con import posix
Archivo compilado	target/posix.rgc	Artefacto intermedio verificado por ridgunc
Objeto compartido ELF64	target/libposix.so	Biblioteca dinámica nativa sin dependencias de C ni libc

Cada lib declara su propio espacio de nombres con module :: posix: basta con escribir import posix (o import posix as alias) en el encabezado y llamar a sus funciones con espacios naturales (mi funcion x) y tuberías -> (x mi funcion -> resultado).

30.2.1. Resumen de familias funcionales de posix

Firma / Función / Tipo	Qué hace y cuándo usarla
pal open create trunc wr / pal o nonblock	Traducción de banderas del SO según sys os (`Linux
wait fd : Int -> Int -> Int -> PollStatus	Sondea un descriptor devolviendo PollReady, PollTimeout o PollError errno
clock monotonic ms / clock monotonic ns / clock wall ms	Relojes monótonos y reloj de pared UTC en milisegundos (RGF-017)
signal watch / signal poll / sys random bytes	Sondeo no bloqueante de señales (SIGINT, SIGTERM) y bytes CSPRNG del kernel
read text / write text / file exists / run cmd	E/S de archivos de alto nivel, directorios y ejecución de subprocesos

30.2.2. Catálogo exhaustivo de tipos y firmas en src/main/ridgun/lib/posix.rg

A continuación tienes el inventario completo de tipos algebraicos (type), operadores (op ::) y firmas de funciones (fn ::) definidos en src/main/ridgun/lib/posix.rg (2 tipos, 0 operadores y 103 funciones):

Tipos algebraicos y registros (type) de posix:

type PollStatus = PollReady Int | PollTimeout | PollError Int
type ProcStatus = ProcExited Int | ProcTimedOut Int | ProcSignal Int

#	Función / Firma (fn ::)	Tipo de Retorno
1	fn :: poll in	Int
2	fn :: poll out	Int
3	fn :: poll err	Int
4	fn :: poll hup	Int
5	fn :: poll nval	Int
6	fn :: sig hup	Int
7	fn :: sig int	Int
8	fn :: sig quit	Int
9	fn :: sig kill	Int
10	fn :: sig usr1	Int
11	fn :: sig usr2	Int
12	fn :: sig pipe	Int
13	fn :: sig alrm	Int
14	fn :: sig term	Int
15	fn :: sig chld	Int
16	fn :: o rdonly	Int
17	fn :: o wronly	Int
18	fn :: o rdwr	Int
19	fn :: o creat	Int
20	fn :: o excl	Int
21	fn :: o trunc	Int
22	fn :: o append	Int
23	fn :: o nonblock	Int
24	fn :: o cloexec	Int
25	fn :: is bad posix code Int	Bool
26	fn :: has unsafe posix char String Int Int	Bool
27	fn :: is safe posix path len String Int	Bool
28	fn :: is safe posix path String	Bool
29	fn :: lstat exists (Bool String Int Int Int String String Int String)	Bool
30	fn :: lstat kind (Bool String Int Int Int String String Int String)	String
31	fn :: lstat mode (Bool String Int Int Int String String Int String)	Int
32	fn :: lstat size (Bool String Int Int Int String String Int String)	Int
33	fn :: lstat mtime sec (Bool String Int Int Int String String Int String)	Int
34	fn :: lstat symlink target (Bool String Int Int Int String String Int String)	String
35	fn :: px raw byte ub Int	String
36	fn :: px raw byte Int	String
37	fn :: px u64 le Int	String
38	fn :: px decode u32 le String Int	Int
39	fn :: px decode u64 le String Int	Int
40	fn :: px alloc page Int	Int
41	fn :: px free page Int Int Int	Int
42	fn :: px alloc mfd	Int
43	fn :: px poke Int Int String	Int
44	fn :: px peek Int Int Int	String
45	fn :: px clock gettime Int	Int Int
46	fn :: px pair fst (Int Int)	Int
47	fn :: px pair snd (Int Int)	Int
48	fn :: sys monotonic ms	Int
49	fn :: sys monotonic ns	Int
50	fn :: sys wall time ms	Int
51	fn :: map poll rc Int	PollStatus
52	fn :: wait fd Int Int Int	PollStatus
53	fn :: posix open String Int Int	Int
54	fn :: posix close Int	Int
55	fn :: posix read Int Int	String
56	fn :: posix write Int String	Int
57	fn :: posix kill Int Int	Int
58	fn :: pack pipe fds Int Int Int	Int Int Int
59	fn :: posix pipe	Int Int Int
60	fn :: posix mkdir String	Bool
61	fn :: posix chmod String Int	Bool
62	fn :: posix chdir String	Bool
63	fn :: px syscall1 path Int String	Int
64	fn :: px syscall2 path Int String String	Int
65	fn :: sys rmdir String	Bool
66	fn :: sys unlink String	Bool
67	fn :: sys rename String String	Bool
68	fn :: sys symlink String String	Bool
69	fn :: sys readlink String	String
70	fn :: valid signal list [Int]	Bool
71	fn :: valid signal rest [Int]	Bool
72	fn :: px bit shift Int	Int
73	fn :: px sig mask [Int]	Int
74	fn :: px finish sig watch Int	Int Int
75	fn :: sys signal watch [Int]	Int Int
76	fn :: px finish sig read Int String	Int Int
77	fn :: px wait sig after poll Int Int	Int Int
78	fn :: sys signal wait Int Int	Int Int
79	fn :: posix notify signal Int Int	Int
80	fn :: px bytes to list loop String Int Int	[Int]
81	fn :: px getrandom call Int Int Int	Int
82	fn :: px getrandom step Int Int Int	Int
83	fn :: px getrandom loop Int Int	Int
84	fn :: px finish getrandom Int String Int	Int String
85	fn :: px getrandom checked Int	Int String
86	fn :: sys random bytes Int	Int String
87	fn :: px finish random list (Int String)	Int [Int]
88	fn :: sys random bytes list Int	Int [Int]
89	fn :: path separator SysOs	String
90	fn :: null device for SysOs	String
91	fn :: null device	String
92	fn :: process exists Int	Bool

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30.3. Explorando posix a fondo: Ejemplos paso a paso de cada funcionalidad

No basta con ver la tabla de firmas: vamos a explorar cada una de las funcionalidades de la lib posix mediante ejemplos progresivos y ejecutables en Ridgun. Empezaremos por las dos recetas tabulares de uso cotidiano y después recorreremos en detalle todos los escenarios funcionales, transformaciones y casos límite verificados en src/test/ridgun/test posix.rg.

30.3.1. Ejemplo 1: Flujo principal en estilo tabular con posix

Observa cómo en Ridgun los signos = y los pasos de transformación con posix quedan alineados como una tabla limpia, sin variables mutables innecesarias ni efectos laterales ocultos:

import posix

fn :: medir operacion => Int Int
      medir operacion =
        clock monotonic ms -> t0
        sys random bytes 32 -> (+ _) -> rc
        clock monotonic ms -> t1
        (rc, t1 - t0)

30.3.2. Ejemplo 2: Composición segura y manejo de casos de borde

Toda función de la lib posix está diseñada para componerse con guardas booleanas | y con el resto de las 32 libs de ridgun-libs:

import posix

fn :: esperar lectura Int => PollStatus
      esperar lectura fd =
        wait fd fd (poll in) 100

30.3.3. Ejemplo 3: Constantes POSIX (O_*, POLL*, SIG*), validación de rutas seguras, tuberías anónimas (sys pipe) y sondeo sys poll status

En este ejemplo práctico exploramos de forma exhaustiva cómo se comporta posix en este bloque funcional, incluyendo entradas estándar, combinaciones de parámetros y valores frontera:

fn :: test posix constants descriptors and poll => ()
      test posix constants descriptors and poll =
        assert equals (poll in) 1 "POLLIN == 1"
        assert equals poll out 4 "POLLOUT == 4"
        assert equals (poll err) 8 "POLLERR == 8"
        assert equals (sig int) 2 "SIGINT == 2"
        assert equals (sig kill) 9 "SIGKILL == 9"
        assert equals (sig term) 15 "SIGTERM == 15"
        assert equals (o rdonly) 0 "O_RDONLY == 0"
        assert equals (o wronly) 1 "O_WRONLY == 1"
        assert equals (o rdwr) 2 "O_RDWR == 2"
        assert equals (o creat) 64 "O_CREAT == 64"
        assert equals (o trunc) 512 "O_TRUNC == 512"
        assert equals (o append) 1024 "O_APPEND == 1024"
        assert equals (o nonblock) 2048 "O_NONBLOCK == 2048"
        assert equals (o cloexec) 524288 "O_CLOEXEC == 524288"
        bad_p   = wait fd (0 - 1) (poll in) 10
        assert true (is poll error bad_p) "wait fd on -1 returns PollError"
        p_res   = posix pipe
        assert equals (tuple3 status p_res) 0 "posix pipe status == 0"
        rfd     = tuple3 rfd p_res
        wfd     = tuple3 wfd p_res
        p_to    = wait fd rfd (poll in) 20
        assert true (is poll timeout p_to) "wait fd on empty pipe times out"
        written = posix write wfd "hello-posix"
        assert equals written 11 "posix write 11 bytes"
        p_rdy   = wait fd rfd (poll in) 100
        assert true (is poll ready p_rdy) "wait fd after write is PollReady"
        got     = posix read rfd 64
        assert equals got "hello-posix" "posix read matches written payload"
        assert equals (posix close rfd) 0 "posix close rfd"
        assert equals (posix close wfd) 0 "posix close wfd"

30.3.4. Ejemplo 4: Metadatos lstat, relojes monotónicos y de pared (clock_gettime), señales por descriptor (signalfd4) y entropía del kernel (sys random bytes)

En este ejemplo práctico exploramos de forma exhaustiva cómo se comporta posix en este bloque funcional, incluyendo entradas estándar, combinaciones de parámetros y valores frontera:

fn :: test posix filesystem clocks signals and random => ()
      test posix filesystem clocks signals and random =
        dir_p   = "/tmp/rg_posix_test_{sys_getpid}"
        f1      = "{dir_p}/a.txt"
        f2      = "{dir_p}/b.txt"
        lnk     = "{dir_p}/sym.txt"
        sys rmdir dir_p -> ()
        assert true (posix mkdir dir_p) "posix mkdir"
        write file f1 "payload"
        assert true (posix chmod f1 420) "posix chmod 0644"
        assert true (sys rename f1 f2) "sys rename a.txt -> b.txt"
        assert true (sys symlink f2 lnk) "sys symlink"
        assert equals (sys readlink lnk) f2 "sys readlink target"
        assert true (sys unlink lnk) "sys unlink symlink"
        assert true (sys unlink f2) "sys unlink b.txt"
        assert true (sys rmdir dir_p) "sys rmdir"
        assert true ((sys getpid) > 0) "sys_getpid > 0"
        assert true ((str len (sys getcwd)) > 0) "sys_getcwd non-empty"
        t1      = sys monotonic ms
        n1      = sys monotonic ns
        w1      = sys wall time ms
        sys sleep ms 25 -> ()
        t2      = sys monotonic ms
        n2      = sys monotonic ns
        w2      = sys wall time ms
        assert true ((t2 - t1) >= 20) "monotonic ms elapsed >= 20"
        assert true (n2 > n1) "monotonic ns non-decreasing"
        assert true ((n2 - n1) >= 20000000) "monotonic ns elapsed >= 20ms (20,000,000 ns)"
        assert true (w1 > 1700000000000) "wall time > 1700000000000"
        k_sec   = sys call 201 0 0 0 0 0 0
        w_sec   = w2 / 1000
        assert true (((w_sec - k_sec) <= 2) and ((k_sec - w_sec) <= 2)) "sys_wall_time_ms matches kernel time(0) within 2s"
        assert true ((w2 - w1) >= 20) "wall time ms elapsed >= 20"
        sw_bad  = sys signal watch [9]
        assert equals (pair fst sw_bad) (0 - 7) "SIGKILL watch rejected with -7"
        sw_ok   = sys signal watch [sig term]
        assert equals (pair fst sw_ok) 0 "SIGTERM watch ok"
        sh      = pair snd sw_ok
        assert true ((sys call 72 sh 1 0 0 0 0) >= 0) "signalfd handle is real kernel fd"
        assert equals (sys kill (sys getpid) (sig term)) 0 "real kernel sys_kill SIGTERM does not kill process"
        sw_got  = sys signal wait sh 100
        assert equals (pair fst sw_got) 0 "sys_signal_wait status 0 after real sys_kill"
        assert equals (pair snd sw_got) (sig term) "sys_signal_wait got real SIGTERM (15)"
        assert equals (posix notify signal (sys getpid) (sig term)) 0 "notify signal"
        sw_got2 = sys signal wait sh 100
        assert equals (pair fst sw_got2) 0 "sys_signal_wait status 0"
        assert equals (pair snd sw_got2) (sig term) "sys_signal_wait got SIGTERM"
        sw_to   = sys signal wait sh 20
        assert equals (pair fst sw_to) (0 - 2) "second sys_signal_wait times out (-2)"
        assert equals (posix close sh) 0 "posix close signalfd"
        assert equals (pair fst (sys signal wait sh 10)) (0 - 7) "sys_signal_wait on closed fd -> -7"
        r_bad   = sys random bytes (0 - 1)
        assert equals (pair fst r_bad) (0 - 7) "negative random bytes -> -7"
        r_zero  = sys random bytes 0
        assert equals (pair fst r_zero) 0 "0 random bytes -> 0"
        assert equals (pair snd r_zero) "" "0 random bytes -> empty"
        r1      = sys random bytes 32
        r2      = sys random bytes 32
        rl      = sys random bytes list 256
        assert equals (pair fst r1) 0 "random 32 status 0"
        assert equals (str len (pair snd r1)) 32 "random 32 length == 32"
        assert equals (pair fst rl) 0 "random list 256 status 0"
        assert equals (path separator Linux) "/" "path separator Linux"
        assert equals (path separator Windows) "\\" "path separator Windows"
        assert equals (null device for Linux) "/dev/null" "null device Linux"
        assert equals (null device for Windows) "NUL" "null device Windows"
        assert true (process exists (sys getpid)) "process exists self"
        assert false (process exists 99999999) "process exists non-existent pid"
        assert false ((pair snd r1) == (pair snd r2)) "two 32-byte random draws differ"

30.3.5. Ejemplo 5: Comunicación entre procesos por tubería (sys pipe), sondeo no bloqueante (sys poll status) y temporización monotónica (sys monotonic ns)

En este ejemplo práctico exploramos de forma exhaustiva cómo se comporta posix en este bloque funcional, incluyendo entradas estándar, combinaciones de parámetros y valores frontera:

import posix

fn :: medir latencia tuberia => (Int, Int)
      medir latencia tuberia =
        t0             = sys monotonic ns
        (rc, rfd, wfd) = sys pipe
        sys write fd wfd "ping" -> ()
        listo          = sys poll rfd (poll in) 50
        leido          = sys read fd rfd 4
        sys close rfd -> ()
        sys close wfd -> ()
        t1             = sys monotonic ns
        (rc + listo + (str len leido), t1 - t0)

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30.4. Bajo el capó: cómo está construida posix en Ridgun puro (src/main/ridgun/lib/posix.rg)

Una de las mayores ventajas de ridgun-libs es que no hay cajas negras en C. Puedes abrir src/main/ridgun/lib/posix.rg y leer exactamente cómo está implementada cada operación usando pattern matching, árboles de guardas | / |. y recursión de cola (TCO). Veamos las piezas clave de su implementación real:

30.4.1. Implementación interna: Poll & Process Status ADTs

Fíjate en cómo posix.rg estructura las firmas fn :: ... => ... primero y resuelve cada caso mediante ecuaciones alineadas y llamadas de cola:

module :: posix

type PollStatus = PollReady Int | PollTimeout | PollError Int

type ProcStatus = ProcExited Int | ProcTimedOut Int | ProcSignal Int

30.4.2. Implementación interna: Path Safety Validation (VUL-INJ-002 / VUL-INPUT-001)

Fíjate en cómo posix.rg estructura las firmas fn :: ... => ... primero y resuelve cada caso mediante ecuaciones alineadas y llamadas de cola:

fn :: is bad posix code Int => Bool
      is bad posix code c   =
        c == 0 or c == 10 or c == 13 or c == 59 or c == 96 or c == 124 or c == 38 or c == 36 or c == 39 or c == 34

fn :: has unsafe posix char String Int Int => Bool
      has unsafe posix char s idx slen =
        | idx >= slen                           = False
        | is bad posix code (str char at s idx) = True
        | otherwise                             = has unsafe posix char s (idx + 1) slen

fn :: is safe posix path len String Int => Bool
      is safe posix path len path plen =
        | plen == 0 or plen > 4096 = False
        | otherwise                = not (has unsafe posix char path 0 plen)

fn :: is safe posix path String => Bool
      is safe posix path path   =
        is safe posix path len path (str len path)

30.4.3. Implementación interna: RG-010 Filesystem & Process Operations

Fíjate en cómo posix.rg estructura las firmas fn :: ... => ... primero y resuelve cada caso mediante ecuaciones alineadas y llamadas de cola:

fn :: posix mkdir String => Bool
      posix mkdir path   =
        | not (is safe posix path path) = False
        | otherwise                     = (sys mkdir path 493) == 0

fn :: posix chmod String Int  => Bool
      posix chmod path   mode =
        | not (is safe posix path path) = False
        | otherwise                     = (sys chmod path mode) == 0

fn :: posix chdir String => Bool
      posix chdir path   =
        | not (is safe posix path path) = False
        | otherwise                     = (sys chdir path) == 0

fn :: px syscall1 path Int String => Int
      px syscall1 path nr  path   =
        ptr = px alloc page 4096
        mfd = px alloc mfd
        b0  = px raw byte 0
        _   = px poke mfd ptr (path + b0)
        rc  = sys call nr ptr 0 0 0 0 0
        _   = px free page mfd ptr 4096
        rc

fn :: px syscall2 path Int String String => Int
      px syscall2 path nr p1 p2 =
        ptr   = px alloc page 4096
        mfd   = px alloc mfd
        b0    = px raw byte 0
        p2048 = ptr + 2048
        _     = px poke mfd ptr (p1 + b0)
        _     = px poke mfd p2048 (p2 + b0)
        rc    = sys call nr ptr p2048 0 0 0 0
        _     = px free page mfd ptr 4096
        rc

fn :: sys rmdir String => Bool
      sys rmdir path   =
        | not (is safe posix path path) = False
        | otherwise                     = (px syscall1 path 84 path) == 0

fn :: sys unlink String => Bool
      sys unlink path   =
        | not (is safe posix path path) = False
        | otherwise                     = (px syscall1 path 87 path) == 0

fn :: sys rename String String   => Bool
      sys rename old_p  new_path =
        | not (is safe posix path old_p) or not (is safe posix path new_path) = False
        | otherwise = (px syscall2 path 82 old_p new_path) == 0

fn :: sys symlink String String    => Bool
      sys symlink target link_path =
        | not (is safe posix path target) or not (is safe posix path link_path) = False
        | otherwise = (px syscall2 path 88 target link_path) == 0

fn :: sys readlink String => String
      sys readlink path   =
        | not (is safe posix path path) = ""
        | otherwise                     = lstat symlink target (file lstat path)

30.4.4. Implementación interna: Ridgun v0.9.5 Target OS / Arch & Process Probe Helpers

Fíjate en cómo posix.rg estructura las firmas fn :: ... => ... primero y resuelve cada caso mediante ecuaciones alineadas y llamadas de cola:

fn :: path separator SysOs   => String
      path separator Windows =  "\\"
      path separator _       =  "/"

fn :: null device for SysOs   => String
      null device for Windows =  "NUL"
      null device for _       =  "/dev/null"

fn :: null device => String
      null device =  null device for (sys os)

fn :: process exists Int => Bool
      process exists pid =
        | pid <= 0  = False
        | otherwise = (sys kill pid 0) == 0

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30.5. Garantías algorítmicas, memoria RMM1/RMM2 y las 5 Reglas de Oro de posix

• Garantía algorítmica y de seguridad: Las ramas de sys os y sys arch que no corresponden al binario destino son eliminadas en tiempo de compilación (Dead-Code Elimination) por ridgunc.
• Complejidad de pila $O(1)$ con TCO: Todos los bucles recursivos en src/main/ridgun/lib/posix.rg están en posición de cola, por lo que ridgunc los compila a saltos nativos sin crecimiento de pila.
• Memoria determinista (RMM1/RMM2): Cero pausas de recolector de basura; todas las estructuras intermedias se liberan de forma determinista al salir del ámbito.
• Verificación continua: Probada exhaustivamente con stable check y la suite automatizada src/test/ridgun/test posix.rg.

Las 5 Reglas de Oro al programar con posix

1. Declara import posix al inicio del archivo y aprovecha la equivalencia entre espacios y guiones bajos para que tu código se lea como prosa.
2. Alinea tus tuberías de datos con =: encadena las llamadas a posix en pasos con nombre propio y deja que stable format alinee las columnas.
3. Aprovecha las funciones totales de posix en tus guardas |: comprueba los valores de retorno o desenvuelve los ADTs con pattern matching en lugar de asumir que la entrada externa siempre es válida.
4. Evita copiar grandes estructuras si solo necesitas consultar un campo: recuerda que en RMM2 los argumentos de entrada no incrementan ni decrementan contadores (+0 / -0).
5. Combina posix con test (import test): escribe siempre aserciones con assert equals o assert true para fijar los invariantes de tu dominio.

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En el Capítulo 31 pasaremos a explorar en profundidad la lib io (La lib io — Errores Tipados IoResult, E/S con with timeout y Procesos).