Операционные системы

Специалитет 2022/2023

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

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

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: с онлайн-курсом

Онлайн-часы: 30

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Внуков Андрей Анатольевич, Драчев Григорий Александрович, Истратов Анатолий Юрьевич

Специальность: 10.05.01. Компьютерная безопасность

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 62

Полная версия программы учебной дисциплины

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.

Цель освоения дисциплины

Обучение студентов принципам организации современных вычислительных систем

Планируемые результаты обучения

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

Содержание учебной дисциплины

Понятие ОС. Аппаратные и программные средства
Операционная система WINDOWS. Структура системы
Системное окружение
Уровень аппаратных абстракций ОС WINDOWS
Ядро ОС. Схемы прерываний
Уровень ядра ОС WINDOWS
Управление памятью. Концепция виртуальной памяти
Исполняющая система ОС WINDOWS
Файловая система. Средства файловой системы. Топология файловой системы
Реализация объектов в ОС WINDOWS
Система управления вводом-выводом. Структурные аппаратные и программные особенности
Подсистемы окружения ОС WINDOWS
Организация локальных сетей ЭВМ. Основные аппаратные и программные компоненты. Топология ЛВС
Процессы и потоки в ОС WINDOWS
Операционная система UNIX. Основные характеристики
Вызовы для управления заданиями, процессами, потоками и волокнами в ОС WINDOWS
Ядро и процессы. Структура процесса ОС UNIX
Межпроцессные взаимодействия в ОС WINDOWS
Межпроцессные взаимодействия. Управление процессами. Системные вызовы и API
Реализация процессов и потоков в ОС WINDOWS
Файловая система ОС UNIX
Планирование в ОС WINDOWS
Система управления вводом-выводом (СУВВ) ОС UNIX
Загрузка ОС WINDOWS
Обработка прерываний в ОС UNIX. Системный вызов «сигнал»
Управление оперативной памятью в ОС WINDOWS
Функционирование ОС UNIX
Управление файловой системой в ОС WINDOWS
Интерпретатор команд SHELL. Программирование на командном языке
Поддержка в ОС UNIX сетевого обмена
Взаимодействие с пользователями в рамках системы UNIX
Примеры реализаций ОС UNIX. SOLARIS, UNIX HP, FREE BSD, LINUX
Управление процессами
Межпроцессное взаимодействие на уровне «клиент-сервер» ОС UNIX

Элементы контроля

Аудиторная работа
Преподаватель оценивает работу студентов на лекциях и практических занятиях: активность при ответе на вопросы преподавателя, правильность выполнения заданий на лабораторных работах.
Самостоятельная работа
Преподаватель оценивает самостоятельную работу студентов: правильность выполнения домашних работ.
Контрольная работа
Итоговая аттестация
Экзамен проводится в устной форме с использованием асинхронного прокторинга. Экзамен проводится на платформе Zoom (https://zoom.us/meeting), прокторинг на платформе Экзамус (https://hse.student.examus.net). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут. На платформе Экзамус доступно тестирование системы. Компьютер студента должен удовлетворять следующим требованиям: https://elearning.hse.ru/data/2020/05/07/1544135594/Технические%20требования%20к%20ПК%20студента.pdf) Для участия в экзамене студент обязан: заранее зайти на платформу прокторинга, провести тест системы, включить камеру и микрофон, подтвердить личность. Во время экзамена студентам запрещено: общаться (в социальных сетях, с людьми в комнате), списывать. Во время подготовки ответов на билеты к экзамену студентам разрешено: пользоваться собственными письменными конспектами (в тетради или на распечатанных листах, печатными изданиями). Во время сдачи экзамена ничем пользоваться нельзя. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи до 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи 10 минут и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Аудиторная работа
Самостоятельная работа
Контрольная работа
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Итоговая аттестация
Аудиторная работа
Преподаватель оценивает работу студентов на лекциях и практических занятиях: активность при ответе на вопросы преподавателя, правильность выполнения заданий на лабораторных работах.
Самостоятельная работа
Преподаватель оценивает самостоятельную работу студентов: правильность выполнения домашних работ.
Контрольная работа
Итоговая аттестация
Экзамен проводится в устной форме с использованием асинхронного прокторинга. Экзамен проводится на платформе Zoom (https://zoom.us/meeting), прокторинг на платформе Экзамус (https://hse.student.examus.net). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут. На платформе Экзамус доступно тестирование системы. Компьютер студента должен удовлетворять следующим требованиям: https://elearning.hse.ru/data/2020/05/07/1544135594/Технические%20требования%20к%20ПК%20студента.pdf) Для участия в экзамене студент обязан: заранее зайти на платформу прокторинга, провести тест системы, включить камеру и микрофон, подтвердить личность. Во время экзамена студентам запрещено: общаться (в социальных сетях, с людьми в комнате), списывать. Во время подготовки ответов на билеты к экзамену студентам разрешено: пользоваться собственными письменными конспектами (в тетради или на распечатанных листах, печатными изданиями). Во время сдачи экзамена ничем пользоваться нельзя. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи до 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи 10 минут и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Аудиторная работа
Самостоятельная работа
Контрольная работа
Промежуточная аттестация
Равно средней оценке за контрольные работы
Итоговая аттестация

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 3 модуль
2021/2022 учебный год 4 модуль
0.5 * Промежуточная аттестация + 0.3 * Самостоятельная работа + 0.2 * Контрольная работа
2022/2023 учебный год 2 модуль
0.1 * Промежуточная аттестация + 0.1 * Аудиторная работа + 0.2 * Самостоятельная работа + 0.2 * Контрольная работа + 0.4 * Итоговая аттестация

Список литературы

Авторы

Истратов Анатолий Юрьевич
Внуков Андрей Анатольевич

Программа дисциплины