Information
ИНТУИТ:
Сетевые технологии
:Fundamentals of Modern Operating Systems
: Information
Created: 12.11.2010 | Level: for all | Access: paid | University: Санкт-Петербургский государственный университет
Курс предназначен для студентов младших курсов в области ИТ. Он знакомит с принципами архитектуры и функционирования современных операционных систем (ОС) и сетей, дает теоретические знания и практические навыки для работы в распространенных ОС – Windows, Linux, Solaris, а также в ОС для мобильных устройств и облачных вычислений. Особое внимание уделяется алгоритмам и структурам данных, используемым в ОС, их надежности и безопасности.
В курсе подробно рассматриваются архитектура операционных систем (ОС), основные алгоритмы и структуры данных, используемые в ОС. Рассмотрены методы управления оперативной и внешней памятью, виртуальная память, ее страничная и сегментная организация, методы управления процессами и потоками и их синхронизации, методы диспетчеризации процессов, методы распределения ресурсов и алгоритмы предотвращения и обнаружения тупиков, системы ввода-вывода, файловые системы, сети и сетевые протоколы, безопасность ОС и сетей. Изложение сопровождается практическими примерами, помогающими студентам практически овладеть излагаемыми концепциями. Материал курса отражает 35-летний опыт автора в использовании широкого спектра зарубежных и отечественных ОС (ОС ДИСПАК для БЭСМ-6, ОС “Эльбрус”, ОС ЕС ЭВМ, ОС СМ ЭВМ, MS-DOS, Windows, Solaris, Linux). Курс входит в число основных дисциплин для студентов 2 курса по специальности 010503 (математическое обеспечение и администрирование операционных систем) и 080801, 080802 (прикладная информатика).
Goal: Изучение классических основ операционных систем (ОС), их архитектуры, алгоритмов и методов, применяемых при их разработке; изучение современных ОС – Windows, Linux, Solaris и др., ОС для мобильных устройств и облачных вычислений.
Prerequisites: Базовый курс программирования (информатики) для первого курса университета.
План занятий
| Lesson | Title << | Date |
|---|---|---|
| - | ||
Lecture 11 hour 15 minutes | Понятие операционной системы (ОС), цели ее работы. Классификация компьютерных систем
В лекции дано определение понятия "операционная система" (ОС). Дан краткий обзор функциональности и назначения ОС, краткий обзор широкого спектра видов и архитектур современных компьютерных систем (настольные, распределенные, мобильные, облачные и др.) и операционных систем для них.
Contents | - |
Тест 124 minutes | - | |
Lecture 21 hour 7 minutes | История ОС. Отечественные ОС. Диалекты UNIX. Режимы пакетной обработки, мультипрограммирования, разделения времени
В лекции дан исторический обзор ОС, как зарубежных, так и отечественных (ОС ДИСПАК, ОС "Эльбрус" и др.). Рассмотрены основные режимы работы пользователей и заданий в ОС (пакетный, мультипрограммирование, разделение времени).
Contents | - |
Тест 224 minutes | - | |
Lecture 31 hour 8 minutes | Особенности ОС для различных классов компьютерных систем. ОС реального времени. ОС для облачных вычислений
В лекции дан обзор особенностей ОС для различных классов вычислительных устройств (многопроцессорные и распределенные системы, настольные, карманные, мобильные и др.). Рассмотрены ОС реального времени, ОС для облачных вычислений. Проанализирована специфика требований к ОС и архитектур ОС для рассмотренных классов устройств.
Contents | - |
Тест 324 minutes | - | |
Lecture 41 hour 27 minutes | Архитектура компьютерной системы
В лекции подробно рассмотрена архитектура компьютерной системы: управление прерываниями, памятью, вводом-выводом, иерархия памяти, ассоциативная память (кэширование), защита памяти, аппаратная защита памяти в системах с теговой архитектурой.
Contents | - |
Тест 427 minutes | - | |
Lecture 538 minutes | Архитектура ОС. Управление процессами: Основные понятия. Семафоры и мониторы
В лекции рассматриваются: архитектура ОС и ее функциональность; управление процессами как основная функция ОС; обзор базовых механизмов синхронизации процессов - семафоров и мониторов.
Contents | - |
Тест 524 minutes | - | |
Lecture 61 hour 18 minutes | Обзор функций ОС: управление памятью, файлами, процессами, сетями, командными интерпретаторами, сервисы ОС, системные вызовы. Уровни абстракции ОС. Архитектура UNIX и MS-DOS
В лекции рассмотрены: обзор функциональности ОС: управление памятью, файлами, процессами, сетями, командными интерпретаторами, сервисы ОС, системные вызовы; организация ОС по принципу уровней абстракции; особенности архитектуры UNIX и MS-DOS.
Contents | - |
Тест 624 minutes | - | |
Lecture 739 minutes | Уровни абстракции ОС. ОС с архитектурой микроядра. Виртуальные машины. Цели проектирования и разработки ОС. Генерация ОС
В лекции рассматриваются следующие вопросы: методы проектирования и реализации ОС: уровни абстракции ОС; ОС с архитектурой микроядра; виртуальные машины; цели проектирования и разработки ОС с точки зрения пользователей и разработчиков; генерация ОС для конкретной компьютерной системы при ее инсталляции.
Contents | - |
Тест 724 minutes | - | |
Lecture 847 minutes | Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов
В лекции рассмотрены основные концепции управления процессами, планирования и диспетчеризации процессов.
Contents | - |
Тест 824 minutes | - | |
Lecture 942 minutes | Методы взаимодействия процессов
В лекции рассматриваются: взаимодействие процессов: проблема ограниченного буфера; проблема "производитель – потребитель"; прямая и косвенная связь процессов; клиент-серверная взаимосвязь; сокетная связь; удаленный вызов процедуры (RPC) и удаленный вызов метода (RMI); выстраивание параметров (marshaling).
Contents | - |
Тест 924 minutes | - | |
Lecture 1046 minutes | Потоки (threads) и многопоточное выполнение программ (multi-threading)
В лекции рассматриваются понятие потока (thread) и многопоточное выполнение (multi-threading); модели многопоточности; пользовательские потоки и потоки ядра; потоки в "Эльбрусе", Solaris, Linux, POSIX, Windows 2000, Java.
Contents | - |
Тест 1024 minutes | - | |
Lecture 1151 minute | Стратегии и критерии диспетчеризации процессов
В лекции рассмотрены: планирование и диспетчеризация процессора; критерии диспетчеризации; стратегии диспетчеризации (FCFS, SJF, RR); многоуровневые очереди, диспетчеризация мультипроцессорных систем и систем реального времени.
Contents | - |
Тест 1127 minutes | - | |
Lecture 121 hour 28 minutes | Методы синхронизации процессов
В лекции рассмотрена синхронизация процессов: критические секции; алгоритмы решения проблемы взаимного исключения критических секций; двоичные и общие семафоры; решение проблем "ограниченный буфер", "читатели-писатели", "обедающие философы"; мониторы; синхронизация в Solaris и Windows 2000.
Contents | - |
Тест 1224 minutes | - | |
Lecture 1334 minutes | Тупики (deadlocks), методы предотвращения и обнаружения тупиков
В лекции вводится понятие тупика (deadlock), рассматриваются модель системы, граф распределения ресурсов, граф wait-for, методы обработки и предотвращения тупиков.
Contents | - |
Тест 1324 minutes | - | |
Lecture 1448 minutes | Алгоритм банкира
В лекции рассмотрены понятие безопасного состояния системы, алгоритм банкира, алгоритмы обнаружения тупиков.
Contents | - |
Тест 1424 minutes | - | |
Lecture 1540 minutes | Управление памятью
В лекции рассмотрены следующие вопросы: принципы управления памятью; устройство управления памятью; логическое и физическое адресные пространства; динамическая линковка; оверлейная структура программы.
Contents | - |
Тест 1524 minutes | - | |
Lecture 1656 minutes | Страничная организация памяти
В лекции рассматриваются: откачка и подкачка (swapping); стратегии динамического распределения памяти; фрагментация; принципы страничной организации; таблица страниц; использование ассоциативной памяти; двухуровневые, иерархические, хешированные и инвертированные таблицы страниц; разделяемые страницы.
Contents | - |
Тест 1624 minutes | - | |
Lecture 1729 minutes | Сегментная организация памяти
В лекции рассмотрены: сегментная организация памяти; cегментно- страничная организация памяти (MULTICS, "Эльбрус", Intel x86).
Contents | - |
Тест 1724 minutes | - | |
Lecture 181 hour 12 minutes | Виртуальная память
В лекции рассмотрены следующие вопросы: концепция виртуальной памяти; страничная организация виртуальной памяти; обработка отсутствия страницы в памяти (page fault); обработка страниц по требованию; совместное использование страниц процессами; файлы, отображаемые в память (memory-mapped files); стратегии замещения страниц; алгоритмы FIFO и LRU; алгоритм "второго шанса"; алгоритмы со счетчиком; выделение фреймов – фиксированное и с приоритетами; thrashing; страничная организация в Windows NT и Solaris.
Contents | - |
Тест 1824 minutes | - | |
Lecture 191 hour 25 minutes | Системы файлов
В лекции рассмотрены следующие вопросы: интерфейс с системой файлов; структура файла и операции над файлом; типы файлов; отличия файловых систем в ОС MULTICS и "Эльбрус" от файловых систем в ОС для ПЭВМ; файлы последовательного и прямого доступа; директория, способы организации директорий; монтирование файловых систем; защита файлов; блок управления файлом; принципы реализации файловых систем.
Contents | - |
Тест 1924 minutes | - | |
Lecture 2054 minutes | Виртуальные файловые системы (VFS). Реализации файловых систем. Сетевая файловая система NFS
В лекции рассмотрены следующие вопросы: виртуальные файловые системы (VFS); реализация файлов с помощью FAT (Windows) и индексных блоков (UNIX); управление внешней памятью; кэширование; файловые системы на основе журнала транзакций; сетевая файловая система NFS.
Contents | - |
Тест 2024 minutes | - | |
Lecture 2158 minutes | Системы ввода-вывода
В лекции рассмотрены следующие вопросы: организация ввода-вывода в компьютерной системе и ее поддержка в ОС; контролллеры; драйверы; контроллеры с прямым доступом к памяти (Direct Memory Access – DMA); цикл выполнения задания в ОС, чередование вычислений и ввода вывода, прерывания.
Contents | - |
Тест 2124 minutes | - | |
Lecture 2247 minutes | Сети и сетевые структуры
В лекции рассмотрены: сети и сетевые структуры;. распределенные и сетевые системы; топологии и типы сетей; коммуникации по сети; маршрутизация; именование и разрешение имен.
Contents | - |
Тест 2224 minutes | - | |
Lecture 2348 minutes | Классические и современные сетевые коммуникационные протоколы
В лекции рассмотрены: коммуникационные протоколы; уровни организации сетей согласно модели ISO; протокол TCP/IP; протокол GPRS; беспроводные сети, протоколы IEEE 802.11x (Wi-Fi); мгновенные сообщения (Instant Messaging and Presence); обнаружение ошибок в сетях и реконфигурация сетей; задачи проектирования сетей.
Contents | - |
Тест 2324 minutes | - | |
Lecture 241 hour 3 minutes | Безопасность операционных систем и сетей. Trustworthy Computing
В лекции рассмотрены следующие вопросы: концепция безопасности; сетевые и системные угрозы (атаки); борьба с атаками; аудит сетевых систем; брандмауэры; обнаружение попыток взлома; криптография; SSL; уровни безопасности компьютеров; решение проблем безопасности в Windows NT и в Microsoft.NET; политики безопасности; инициатива Microsoft Trustworthy Computing Initiative.
Contents | - |
Тест 2424 minutes | - | |
Lecture 2547 minutes | Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: архитектура, ядро, распространение и лицензирование, принципы проектирования, управление процессами
В лекции рассмотрены следующие вопросы: история создания Linux; Linux и GNU-проекты; ядро Linux; развитие Linux; архитектура Linux; диалекты Linux; Linux как серверная ОС; принципы проектирования Linux; компоненты Linux; динамически подгружаемые модули ядра; управление процессами.
Contents | - |
Тест 2524 minutes | - | |
Lecture 2647 minutes | Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: управление памятью, ресурсами, файловые системы, драйверы устройств, сети, безопасность
В лекции рассмотрены: управление памятью и ресурсами в Linux; файловые системы Linux; драйверы устройств Linux, поддержка сетей в Linux, безопасность в Linux.
Contents | - |
Тест 2624 minutes | - | |
Lecture 2759 minutes | Обзор архитектуры и возможностей систем Windows 2000/XP/2003/Vista/2008/7
В лекции рассмотрены следующие вопросы: история Windows; роль Windows NT; архитектура Windows; ядро; исполнительная подсистема; подсистемы окружения.
Contents | - |
Тест 2724 minutes | - | |
Lecture 281 hour 4 minutes | Системные механизмы Windows
В лекции рассмотрены: система файлов Windows; сетевые средства Windows; программный интерфейс Windows; управление памятью, процессами, заданиями, многопоточность в Windows; поддержка параллельного программирования в Windows; управление физической памятью и рабочими наборами в Windows.
Contents | - |
Тест 2824 minutes | - | |
Lecture 2939 minutes | Академическая программа Microsoft Shared Source Initiative. Открытое ядро Windows для изучения и исследований (Windows Research Kernel)
В лекции рассмотрены следующие вопросы: академическая программа Windows (WAP); исследовательское ядро Windows с открытыми исходными кодами (WRK); комплект учебных материалов по Windows фирмы Microsoft (CRK); проект Oz по созданию исследовательских ОС на базе WRK.
Contents | - |
Тест 2924 minutes | - | |
Lecture 3043 minutes | ОС для мобильных устройств. Windows Mobile
В лекции рассмотрены следующие вопросы: особенности мобильных устройств и операционных систем для мобильных устройств; обзор рынка ОС для мобильных устройств: Windows Mobile, Symbian OS, Google Android, Blackberry OS и др.
Contents | - |
Тест 3024 minutes | - | |
Lecture 3129 minutes | ОС для облачных вычислений (cloud computing). Windows Azure
В лекции рассмотрены следующие вопросы: понятие облачных вычислений (cloud computing) и особенности их организации; сервисы; центры обработки данных; обзор ОС и инструментов для облачных вычислений; Microsoft Windows Azure, ее особенности, преимущества и лидирующая роль в развитии облачных вычислений; платформа Microsoft.NET как базис для архитектуры Windows Azure; перспективы ОС для облачных вычислений.
Contents | - |
Тест 3124 minutes | - | |
Lecture 3240 minutes | Перспективы операционных систем и сетей
В данной заключительной лекции курса рассмотрены следующие вопросы: обзор других современных ОС, не рассмотренных подробно в курсе (фирм IBM, HP, Oracle/Sun и др.); современные тенденции в развитии ОС; графические оболочки ОС; поддержка распределенных, параллельных, облачных вычислений в ОС; развитие сетей: 3G, 4G, WiMAX; перспективы ОС и сетей.
Contents | - |
Тест 3224 minutes | - | |
Самостоятельная работа 123 minutes | Практическое изучение системы Windows XP
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы Windows XP –
ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола, основных действий и настроек при работе в системе.
Необходимый общий теоретический материал по архитектуре и особенностям ОС Windows представлен в
и данного курса.
Contents | - |
Самостоятельная работа 226 minutes | Практическое изучение системы Windows Vista
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы Windows Vista –
ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола, основных действий и настроек при работе в системе.
Необходимый общий теоретический материал по архитектуре и особенностям ОС Windows
представлен в и данного курса.
Contents | - |
Самостоятельная работа 329 minutes | Практическое изучение системы Windows Server 2008
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы
Windows Server 2008 – ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола,
основных действий и настроек при работе в системе. Необходимый общий теоретический материал
по архитектуре и особенностям ОС Windows представлен в и
данного курса.
Contents | - |
Самостоятельная работа 424 minutes | Практическое изучение системы Windows 7
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы Windows 7 –
ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола, основных действий и настроек при
работе в системе. Необходимый общий теоретический материал по архитектуре и особенностям ОС Windows
представлен в и данного курса.
Contents | - |
Самостоятельная работа 518 minutes | Практическое изучение системы Windows Mobile
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы для мобильных устройств
Windows Mobile – ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола, основных действий и настроек
при работе в системе. Необходимый общий теоретический материал по архитектуре и особенностям ОС для мобильных устройств,
в том числе - Windows Mobile, представлен в данного курса.
Contents | - |
Самостоятельная работа 635 minutes | Практическое изучение Windows Azure
Целью лабораторной работы является практическое освоение Windows Azure– новейшей платформы Microsoft для облачных вычислений (cloud computing).
Необходимый теоретический материал по основам облачных вычислений и основам
архитектуры платформы Windows Azure представлен в данного курса.
Работа в Windows Azure требует наличия академического доступа к Windows Azure, либо платной регистрации в ней.
Альтернативой является использование бесплатной облачной системы Windows Live , основанной на Windows Azure, что и учтено в данной лабораторной работе.
При подготовке лабораторной работы использованы материалы [17-20].
Contents | - |
Самостоятельная работа 723 minutes | Практическое изучение Windows Research Kernel
Целью лабораторной работы является практическое освоение Windows Research Kernel (WRK) –
исходных кодов исследовательского ядра Windows, предназначенных для более глубокого изучения архитектуры
Windows и исследований в области операционных систем. Необходимый вводный и общий теоретический материал по
архитектуре и особенностям WRK представлен в данного курса. Данная лабораторная
работа является лишь начальным практическим ознакомлением с пакетом WRK, использование которого в обучении
операционным системам само по себе может стать основой для семестрового или полугодового курса и (или)
семинара по ОС. Методы использования WRK, а также основы внутренней архитектуры Windows описаны в книге
. Пакет WRK доступен для скачивания преподавателями, аспирантами и студентами,
зарегистрированными с помощью Microsoft Passport, по ссылке с академического
сайта Microsoft. Размер дистрибутива для скачивания – 14 мегабайт.
Contents | - |
Самостоятельная работа 828 minutes | Практическое изучение системы Linux
Целью лабораторной работы является практическое освоение операционной системы Linux –
ее графической оболочки, входа и выхода, структуры рабочего стола, основных действий и настроек при
работе в системе. Необходимый общий теоретический материал по архитектуре и особенностям ОС Linux
представлен в лекциях и данного курса.
Contents | - |
Дополнительный материал18 minutes | Список сокращенийContents | - |
5 hours | - |