Операционные системы

Бакалавриат 2024/2025

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

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

Когда читается: 3-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: с онлайн-курсом

Онлайн-часы: 30

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Некрасов Глеб Александрович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

В теоретической части курса изучаются фундаментальные концепции и принципы построения современных операционных систем. Лекции посвящены рассмотрению ключевых подсистем и механизмов, лежащих в основе операционных систем, таких как управление процессами, управление памятью, файловые системы и методы обеспечения безопасности. Особое внимание уделяется общим архитектурным решениям и алгоритмам, не привязанным к конкретной операционной системе. Практическая часть курса демонстрирует, как теоретические знания реализуются на примере операционной системы UNIX. Студенты получают возможность закрепить полученные знания, выполняя лабораторные работы по конфигурированию, настройке и администрированию Linux-систем(общее название UNIX-пободных операционных систем, которые разработаны в рамках проекта GNU - проект по разработке СПО). Этот подход позволяет сформировать у обучающихся целостное понимание устройства и функционирования современных операционных систем. Курс нацелен на подготовку студентов к эффективному использованию и управлению операционными системами в их будущей профессиональной деятельности, а также закладывает основу для дальнейшего изучения более специализированных аспектов системного программирования и администрирования.

Цель освоения дисциплины

1. Формирование понимания фундаментальных концепций и принципов работы операционных систем;
2. Изучение архитектуры, компонентов и функций ключевых подсистем операционных систем, таких как управление процессами, управление памятью, файловые системы и ввод/вывод;
3. Получение знаний о механизмах обеспечения безопасности, многопользовательской работы и виртуализации в современных операционных системах;
4. Развитие навыков настройки и администрирования операционных систем;
5. Изучение основных принципов взаимодействия прикладного программного обеспечения с операционной системой;
6. Понимание тенденций развития операционных систем и их роли в современных информационных технологиях.

Планируемые результаты обучения

знание структуры дерева каталогов; знание основных типов файлов Linux; умение выполнять основные операции с файлами различных типов; умение создавать, запускать, настраивать и проводить основные операции в рамках виртуальной машины; комплексное знание интерфейса Альт Образование; умение проводить установку ОС Альт;
понимание места ОС Альт в современном разнообразии Linux; знание технической документации и основных стандартов, имеющих отношение к Linux; понимание принципов создания файловых систем; освоение файловых менеджеров и операций;
умение организовывать работу системных служб; понимание роли системы межпроцессного взаимодействия; умение настраивать сервисы; знание работы с Интернет-приложениями, графическими приложениями, аудио и видео приложениями, а также дополнительными приложениями на основе Альт Образование; навыки эффективного прикладного использования инструментов ОС Альт в проектной и исследовательской деятельности.
Знать, историю развития UNIX
Знать, как основные характеристики и особенности UNIX, Различные дистрибутивы UNIX (например, Linux, macOS, BSD)
Знать, базовые команды для работы в операционной системе Linux
Знать, понятие о потоке ввода-вывода, Pipe (Конвейер).
Знать, механизм межпроцессного взаимодействия.
Знать, как использовать Pipe для связывания нескольких команд в конвейер и FIFO (Именованный канал).
Знать, что такое System V IPC.
Знать, как работать с разделяемой памятью и нитями исполнения.
Знать, преимущества и недостатки потокового обмена данными.
Знать, пространство имён, адресацию в System V IPC.
Знать, что такое Семафоры в UNIX
Знать, отличие операций над UNIX семафорами от классических операций
Знать, как создаётся массив семафоров или как получить доступ к уже существующему
Знать, системные вызовы
Знать, сообщения как средства связи и средства синхронизации процессов
Знать, отличия очередей сообщений System V IPC от классических очередей сообщений
Знать, опасность существования race condition при использовании нитей исполнения
Знать, особенности синхронизации на многоядерных системах
Знать, разделы носителя информации
Знать, логическую структуру файловой системы и типы файлов
Знать: Понятие виртуальной файловой системы, Блочные, символьные устройства, Понятие драйвера, Блочные, символьные драйверы, драйверы низкого уровня, Файловый интерфейс
Знать: Краткая история семейства протоколов TCP/IP, Общие сведения об архитектуре семейства протоколов TCP/IP, Уровень сетевого интерфейса, Уровень Internet. Протоколы IP, ICMP, ARP, RARP, Internet–адреса, Транспортный уровень. Протоколы TCP и UDP, TCP и UDP-сокеты, Адресные пространства портов, Сетевой порядок байт

Содержание учебной дисциплины

Введение в учебный предмет, знакомство с операционной системой UNIX (Linux)
Процессы в операционной системе UNIX (Linux)
Организация взаимодействия процессов через pipe и FIFO
Разделяемая память и нити исполнения
Семафоры
Очереди сообщений
Нити исполнения (продолжение). Мьютексы. Условные переменные
Организация файловой системы в UNIX (Linux)
Ввод-вывод. Сигналы в UNIX (Linux) и их обработка
Введение в сетевое программирование в ОС UNIX (Linux)

Элементы контроля

Прохождения контрольных точек по проверке знаний на лекциях(ПКТПЗЛ)
Тесты, 0.1 от итоговой оценки
Оперативный контроль на практических занятиях(ОКПЗ)
Посещаемость занятий, 0.1 от итоговой оценки
Выполнение практических заданий(ВПЗ)
Среднеарифметическая оценка по 15 практическим работам, 0.6 от итоговой оценки. Примечание, работы сдаются последовательно.
Экзамен в тестовой форме
Экзамен в тестовой форме, 0.2 от итоговой оценки.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
0.3 * Выполнение практических заданий(ВПЗ) + 0.3 * Выполнение практических заданий(ВПЗ) + 0.05 * Оперативный контроль на практических занятиях(ОКПЗ) + 0.05 * Оперативный контроль на практических занятиях(ОКПЗ) + 0.05 * Прохождения контрольных точек по проверке знаний на лекциях(ПКТПЗЛ) + 0.05 * Прохождения контрольных точек по проверке знаний на лекциях(ПКТПЗЛ) + 0.2 * Экзамен в тестовой форме

Список литературы

Авторы

Чашкин Леонид Борисович
Некрасов Глеб Александрович

Программа дисциплины