Конструирование ядра операционных систем

Магистратура 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Системное программирование)

Направление: 09.04.04. Программная инженерия

Кто читает: Базовая кафедра «Системное программирование» Института системного программирования им. В.П. Иванникова РАН (ИСП РАН)

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Хорошилов Алексей Владимирович

Прогр. обучения: Системное программирование

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 64

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс "Конструирование ядра операционных систем" посвящен изучению основных принципов внутреннего устройства ядра операционной системы, механизмов аппаратной поддержки работы ядра, а также получению навыков проектирования и программирования компонентов ядра операционной системы и отладки программ в привилегированном режиме работы процессора. Курс предназначен для будущих специалистов в области системного программирования и разработке систем параллельного и распределенного программирования.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины является изучение основных принципов внутреннего устройства ядра операционной системы, механизмов аппаратной поддержки работы ядра, а также получение навыков проектирования и программирования компонентов ядра операционной системы и отладки программ в привилегированном режиме работы процессора.

Планируемые результаты обучения

Иметь представление о том, что включает в себя ОС
Уметь реализовывать алгоритмы основных системные вызовы
Уметь реализовывать виртуальную память
Уметь реализовывать механизмы синхронизации процессов
Уметь реализовывать создание процессов и средства межпроцессного взаимодействия
Уметь реализовывать управление прерываниями
Уметь реализовывать управление прерываниями и планирование процессов
Уметь реализовывать управление процессами в ОС

Содержание учебной дисциплины

Введение. Карта физической памя-ти x86. Процесс загрузки и иници-ализации PC. BIOS, инициализа-ция основных устройств. Загрузчик JOS. Загрузка ядра.
Устройство ядра JOS. Отладка кода ядра JOS. Компиляция первой соб-ственной функции, вывод строк на консоль.
Описатели процессов в JOS. Создание процессов в JOS, загрузка приложений в память из бинарных секций образа ядра. Переключение контекстов. Кооперативное разделение времени. Примитивный планировщик FIFO без приоритетов.
Прерывания в x86. Инициализация IDT. Обработка прерываний таймера. Вытесняющее разделение времени. Примитивный планировщик Round Robin без приоритетов.
Обработка вложенных прерываний в x86. Средства синхронизации, состояние гонок, деадлоки. Запрет прерываний, семафоры.
Управление распределением физических страниц. Виртуальная память. Сегментная и страничная трансляция. Таблицы трансляции.
Переключение между режимами работы процессора. Прерывания и системные вызовы. Вложенные прерывания. Изменения в создании процессов, переключении между контекстами. Передача данных между программой и ядром.
Управление процессами. Системный вызов fork(). Механизмы межпроцессного взаимодействия.
Примитивная файловая система. Реализация системных вызовов open(), close(), read(), write(), exec().

Элементы контроля

Домашняя работа (ДР)
Лабораторные работы (ЛР)
В рамках курса слушателям предлагается выполнить 12 лабораторных работ. Каждая лабораторная работа сдаётся преподавателю или ассистенту посредством демонстрации результатов и устного ответа на вопросы.
Экзамен (Э)
Экзамен проводится в устной форме. Экзамен проводится на платформе meet.jit.si. К экзамену необходимо подключиться за 5 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам разрешено пользоваться учебными материалами. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается 5-минутное отсутствие связи. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается 15-минутное отсутствие связи. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 4 модуль
0.42 * Домашняя работа (ДР) + 0.33 * Лабораторные работы (ЛР) + 0.25 * Экзамен (Э)

Список литературы

Авторы

Хорошилов Алексей Владимирович
Буцкая Евгения Александровна

Программа дисциплины