Операционные системы

Специалитет 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Компьютерная безопасность)

Кто читает: Департамент прикладной математики

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Драчев Григорий Александрович, Истратов Анатолий Юрьевич

Специальность: 10.05.01. Компьютерная безопасность

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 62

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Основу курса составляет систематическое изложение теоретических и практических вопросов построения современных операционных систем, концепций и алгоритмов управления локальными и распределенными ресурсами. Изучаются варианты реализации многозадачной и многонитевой обработки (multithreading), организация виртуальной памяти, средства синхронизации, удаленные вызовы процедур (RPC), транзакции, механизмы репликации, средства файловой системы, логическая и физическая реализация файловых систем и систем управления вводом-выводом, подходы к обеспечению безопасности. Обсуждаются современные технологии проектирования ОС: микроядра, модель клиент-сервер, множественные прикладные среды, объектно-ориентированный подход, технология распределенных вычислительных сред (DCE). Особое внимание уделено сетевым возможностям ОС – использованию стандартных протоколов и интерфейсов, возможностям их мультиплексирования. В рамках курса лекций студенты познакомятся с методологически переработанным материалом, позволяющим эффективно использовать возможности ОС при проектировании самостоятельных прикладных приложений. Студенты не только получат представление о состоянии и возможностях современных ОС, но и приобретут навыки разработки системных приложений. Изложение принципов организации ОС сопровождается примерами их реализации в конкретных системах: UNIX-подобных, NetWare, Windows 2000 и выше. Особое внимание уделяется UNIX – подобным ОС. Приводится краткое введение в основы ОС UNIX (включая базовые понятия процессов/потоков, команд, файлов и т.д.), рассматриваются принципы архитектурной организации системы, основы мобильного программирования и принципы открытых систем, базисный механизм межпроцессных взаимодействий в централизованных и распределенных системах, основные подходы к организации интерактивного взаимодействия с пользователем, вопросы стандартизации. Приводится информация о современном состоянии некоторых коммерческих и свободно распространяемых версий ОС UNIX. Обсуждаются вопросы взаимодействия различных ОС в рамках одной сети. Изучаются различные подходы к администрированию ОС в больших сетях: доменный подход и подход, основанный на службе каталогов. Дисциплина реализуется в он-лайн формате

Цель освоения дисциплины

Обучение студентов принципам организации современных вычислительных систем

Планируемые результаты обучения

Получение представления о возможностях и сферах применения современных операционных систем
Знание основных подходов проектирования и организации современных ОС
Умение работать и разрабатывать приложения в любой современной ОС
Умение осуществлять взаимодействие между процессами и обрабатывать прерывания
Умение программировать на командном языке и выполнять административные функции в системе
Обладание навыками проектирования системных приложений и организации межсетевого обмена информацией

Содержание учебной дисциплины

Операционная система WINDOWS. Структура системы
Ядро и подсистемы окружения.
Уровень аппаратных абстракций ОС WINDOWS
Функции и службы уровня HAL. Доступ к регистрам устройств. Адресация к устройствам, независящим от шины. Обработка прерываний и возврат из прерываний. Операции прямого доступа к памяти. Управление таймерами, часами реального времени. Спин-блокировки нижнего уровня и синхронизация межпроцессорных конфигураций. Интерфейс с BIOS и доступ к CMOS.
Уровень ядра ОС WINDOWS
Уровень микроядра и драйверы устройств. Назначение уровня микроядра. Управляющие объекты и объекты диспетчеризации. Отложенный вызов процедуры и асинхронный вызов процедуры.
Исполняющая система ОС WINDOWS
Компоненты исполняющей системы. Менеджер объектов. Менеджер вводавывода. Менеджер процессов. памяти. Менеджер безопасности. Менеджер кэша. Менеджер plug-andplay. Менеджер энергопотребления. Менеджер конфигурации. Менеджер вызова локальной процедуры. Интерфейс Win32 и интерфейс графических устройств. Системные службы.
Реализация объектов в ОС WINDOWS
Понятие объекта. Структура объекта. Заголовок объекта. Тип объекта. Наиболее употребительные типы объектов. Каталоги объектов. Создание новых объектов и удаление старых. Пространство имен объектов.
Подсистемы окружения ОС WINDOWS
Компоненты программного обеспечения. Динамические библиотеки. Подсистемы окружения. Служебные процессы. Интерфейс Win32. Интерфейс POSIX. Интерфейс OS/2.
Процессы и потоки в ОС WINDOWS
Понятие задания. Инструменты для управления ресурсами. Функционирование процессов и потоков. Переключение потоков.
Вызовы для управления заданиями, процессами, потоками и волокнами в ОС WINDOWS
Создание процессов. Дескриптор процесса. Создание потоков. Вызовы CreateProcess(), CreateThread(), CreateFiber(), ExitProcess(), ExitThread(), ExitFiber().
Межпроцессные взаимодействия в ОС WINDOWS
Коммуникационные компоненты. Каналы. Именованные каналы. Почтовые ящики. Гнезда. Удаленный вызов процедур. Механизмы синхронизации. Семафоры. Мьютексы. Критические секции. События. Вызовы CreateSemaphore(), DuplicateHandle(), OpenSemaphore(), ReleaseSemaphore(), WaitForSingleObject(), CreateMutex(), OpenMutex(), ReleaseMutex(), WaitForMultipleObject(), EnterCriticalSection(), LeaveCriticalSection(), SetEvent(), ResetEvent(), PulseEvent().
Реализация процессов и потоков в ОС WINDOWS
Этапы создания процесса. Этапы создания потока. Этапы создания задания и волокна.
Планирование в ОС WINDOWS
Причины запуска программы планировщика. Вызовы, влияющие на планирование потоками SetPriorityClass(), SetThreadPriority(). Уровни приоритетов.
Загрузка ОС WINDOWS
Этапы загрузки. Сеансовый менеджер. Регистрация пользователей.
Управление оперативной памятью в ОС WINDOWS
Виртуальное адресное пространство процесса. Состояния виртуальной страницы. Теневые страницы. Реализация управления памятью. Дескриптор виртуальной памяти.
Управление файловой системой в ОС WINDOWS
Файловые системы FAT и NTFS. Дескриптор файла. Вызовы работы с файлами.

Элементы контроля

Аудиторная работа
Самостоятельная работа
Контрольная работа
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Итоговая аттестация
Аудиторная работа
Самостоятельная работа
Контрольная работа
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Итоговая аттестация

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.1 * Аудиторная работа + 0.4 * Итоговая аттестация + 0.2 * Контрольная работа + 0.1 * Промежуточная аттестация + 0.2 * Самостоятельная работа

Программа дисциплины