Simulador de un Sistema Bancario Concurrente Avanzado (SecureBank)

Asignatura: Sistemas Operativos (Curso 2024-2025)
Práctica Final de Asignatura – Parte I

👥 Integrantes del Grupo

| Nombre Completo | Usuario GitHub | Rol en el Proyecto | |--------------------|----------------------------|----------------------------------------------| | Mario Martínez | @marichu-kt | Desarrollador |

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Índice de Contenidos

1. Introducción
2. Contexto del Problema
3. Especificaciones Generales
   • Programa Principal (banco.c)
   • Procesos Hijos (Usuarios)
   • Sincronización y Exclusión Mutua
   • Detección de Anomalías
4. Flujo Completo del Sistema
   • Inicio del Sistema
   • Gestión de Usuarios
   • Ejecución de Operaciones Bancarias
   • Detección de Anomalías
   • Finalización del Sistema
5. Estructura del Sistema
6. Configuración del Sistema (config.txt)

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Introducción

El proyecto SecureBank consiste en un sistema bancario concurrente avanzado desarrollado en C sobre Linux. El objetivo es gestionar múltiples usuarios, realizar transacciones simultáneas y detectar patrones de actividad sospechosos en tiempo real.

Se aprovechan conceptos clave de Sistemas Operativos:

• Creación y gestión de procesos (fork())
• Comunicaciones entre procesos (tuberías, colas de mensajes, señales)
• Sincronización con semáforos y mutex
• Manejo de hilos (pthread)
• Estructuras y ficheros para almacenar cuentas y logs

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Contexto del Problema

Debes crear un sistema bancario concurrente que:

• Cree procesos hijos para gestionar cada usuario.
• Use hilos para manejar operaciones dentro de cada usuario (depósitos, retiros, transferencias).
• Sincronice el acceso a recursos compartidos (archivo de cuentas y logs) mediante semáforos y mutex.
• Detecte y reporte transacciones sospechosas en tiempo real.

Para ello, se propone aprovechar características avanzadas de Linux:

• Tuberías (pipes)
• Señales
• Semáforos POSIX (sem_open)
• Colas de mensajes (Message Queues)

El lenguaje C permitirá un control de bajo nivel y acceso directo al sistema operativo.

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Especificaciones Generales

a) Programa Principal (banco.c)

1. Inicializa el sistema, administra las cuentas y coordina los procesos hijos.
2. Comunicación con procesos hijo mediante tuberías y señales.
3. Gestiona el log de transacciones y la creación del proceso monitor para las anomalías.

b) Procesos Hijos (Usuarios)

1. Cada usuario es un proceso independiente con un menú interactivo: depósito, retiro, transferencia, consultar saldo, salir.
2. Dentro de cada proceso hijo, se crean hilos para ejecutar las operaciones bancarias de forma concurrente.

c) Sincronización y Exclusión Mutua

• Semáforos para controlar el acceso al archivo de cuentas (evitando escrituras simultáneas incorrectas).
• Mutex en caso de operaciones más finas que requieran exclusión mutua dentro del mismo proceso hijo.

d) Detección de Anomalías

• Un proceso monitor independiente que analiza transacciones en tiempo real (por tuberías o colas de mensajes).
• Envía alertas cuando detecta:
  • Retiros consecutivos mayores a un monto límite.
  • Transferencias repetitivas entre las mismas cuentas.
  • Uso simultáneo de una cuenta desde varios procesos.

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Flujo Completo del Sistema

1. Inicio del Sistema

1. Inicialización del archivo de cuentas (con init_cuentas.c):
   • Crea un archivo binario cuentas.dat con datos iniciales.
   • Estructura recomendada:

     struct Cuenta {
         int numero_cuenta;
         char titular[50];
         float saldo;
         int num_transacciones;
     };
     

   • Ejemplo en texto:

     1001,John Doe,5000.00,0
     1002,Jane Smith,3000.00,0
     

2. Inicialización de semáforos:
   • Semáforo nombrado con:

     sem_t *semaforo = sem_open("/cuentas_sem", O_CREAT, 0644, 1);
     

3. Lanzamiento del proceso principal (banco.c):
   • Espera conexiones de usuarios (por ejemplo en un bucle).
   • Al recibir solicitud, hace fork() para crear el proceso hijo que ejecuta el menú de usuario.

2. Gestión de Usuarios

1. Menú de Usuario:
   • Un bucle while(1) con printf y scanf para seleccionar operación:

     1. Depósito
     2. Retiro
     3. Transferencia
     4. Consultar saldo
     5. Salir
     

2. Comunicación con el proceso principal:
   • Cada proceso hijo puede enviar detalles de la operación (tipo, monto, cuenta origen/destino, etc.) al proceso padre mediante tubería o cola de mensajes.

3. Ejecución de Operaciones Bancarias

1. Hilos por operación:
   • Dentro del proceso hijo, se crea un pthread_t para manejar la operación.
   • pthread_create(&hilo, NULL, ejecutar_operacion, (void *)&datos_operacion);
2. Protección del archivo de cuentas:
   • Antes de leer/escribir:

     sem_wait(semaforo);
     // Actualizar archivo
     sem_post(semaforo);
     

3. Actualización de cuentas:
   • Abre cuentas.dat en modo rb+, busca la posición de la cuenta, y la reescribe con los cambios de saldo o transacciones.

4. Detección de Anomalías

1. Proceso Monitor (monitor.c):
   • Se ejecuta independiente (otro fork()).
   • Lee transacciones usando colas de mensajes (msgrcv) u otro método.
2. Identificación de patrones:
   • Retiros consecutivos altos.
   • Muchas transferencias idénticas en poco tiempo.
   • Uso simultáneo de la misma cuenta desde varios procesos.
3. Alertas en tiempo real:
   • Escribe en tuberías:

     write(pipe_monitor_hijos[1], "ALERTA: Transacción sospechosa en cuenta 1002\n", 50);
     

5. Finalización del Sistema

1. Cierre controlado:
   • Al terminar, destruir semáforo:

     sem_unlink("/cuentas_sem");
     

2. Generación del Log Final:
   • El proceso principal registra operaciones en un archivo de log (ej. transacciones.log):

     [2024-12-01 12:00:00] Depósito en cuenta 1001: +1000.00
     [2024-12-01 12:01:00] Retiro en cuenta 1002: -500.00
     

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Estructura del Sistema

1. banco.c
   Programa principal que coordina procesos hijos y el monitor.
2. usuario.c
   Implementa el menú interactivo y la lógica de hilos para operaciones bancarias.
3. monitor.c
   Realiza la detección de anomalías y envía alertas.
4. init_cuentas.c
   Crea el archivo binario cuentas.dat con datos de ejemplo.

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Configuración del Sistema mediante Ficheros de Parametrización

Archivo config.txt

Debe incluir parámetros como:

1. Límites de operaciones:
   • LIMITE_RETIRO: monto máximo por cada retiro.
   • LIMITE_TRANSFERENCIA: monto máximo por transferencia.
2. Umbrales para detección de anomalías:
   • UMBRAL_RETIROS: número de retiros consecutivos altos para generar alerta.
   • UMBRAL_TRANSFERENCIAS: número de transferencias repetitivas entre las mismas cuentas.
3. Parámetros de ejecución:
   • NUM_HILOS: número máximo de hilos simultáneos por proceso hijo.
   • ARCHIVO_CUENTAS: ruta al archivo binario de cuentas (ej. cuentas.dat).
   • ARCHIVO_LOG: ruta al archivo de log (ej. transacciones.log).

Ejemplo de config.txt:

# Límites de Operaciones
LIMITE_RETIRO=5000
LIMITE_TRANSFERENCIA=10000

# Umbrales de Detección de Anomalías
UMBRAL_RETIROS=3
UMBRAL_TRANSFERENCIAS=5

# Parámetros de Ejecución
NUM_HILOS=4
ARCHIVO_CUENTAS=cuentas.dat
ARCHIVO_LOG=transacciones.log