Основы организации операционных систем Microsoft Windows

Целью настоящего курса практических занятий является иллюстрация основных положений лекционного курса Основы операционных систем на примере 32-разрядной версии операционной системы (ОС) Windows (Windows NT, 2000, XP, Vista), разработанной корпорацией Microsoft. Данный курс не является руководством по системному программированию в среде Windows, но его изучение позволит лучше понять особенности функционирования операционных систем и разрабатывать более эффективные приложения. Автор пытался решить задачу создания основы для проведения практических занятий по ОС Windows в рамках курса по операционным системам.
Для специалистов
Записаться
Объём
36 час.
Длительность
30 дней
Нагрузка
6 час.
Формат обучения
Дистанционно (самостоятельно)
Описание Рассматриваются структура системы, разработка Win32 приложений, менеджер объектов и реестр. Изучаются реализация процессов и потоков, планирование, управление памятью, а также файловая система NTFS и механизмы защиты доступа.
Цели
  • Сформировать понимание внутреннего устройства и системных механизмов ОС Microsoft Windows.
  • Обучить использованию системного API для создания эффективных прикладных решений.
Чему я научусь?
  • Использовать инструменты мониторинга и отладки для анализа работы процессов и потоков.
  • Настраивать права доступа и привилегии в рамках системы безопасности Windows.

Авторы

Коньков Константин Алексеевич
Коньков Константин Алексеевич
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института Автоматизации проектирования РАН, доцент кафедры математических и информационных технологий Московского физико-технического института. Директор по научной работе ООО «Физтех-софт».
Чему я научусь?
  • Использовать инструменты мониторинга и отладки для анализа работы процессов и потоков.
  • Настраивать права доступа и привилегии в рамках системы безопасности Windows.

Учебный план

№ Занятия
Экзамен экстерном Внимание! Экзамен экстерном не обязательный для сдачи. При желании вы можете его пройти, если хотите подтвердить свои знания по данному курсу без его изучения или поверить свои знания по нему. Экзамен экстерном можно сдать только один раз.
1 Создание ОС Windows. Структура ОС Windows В лекции говорится о наиболее важных этапах создания ОС Windows наряду с эволюцией операционных систем, структуре... В лекции говорится о наиболее важных этапах создания ОС Windows наряду с эволюцией операционных систем, структуре системы, а также вводятся некоторые ключевые понятия. Проанализирована ее миграция от микроядерной архитектуры в сторону монолитного дизайна. Описаны возможности и основные структурные компоненты системы. Рассмотрена подсистема Win32, которая объединяет ряд модулей режима ядра и режима пользователя и является базой для разработки приложений ещё
Создание ОС Windows. Структура ОС Windows тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
2 Разработка Win32 приложений. Инструментальные средства изучения системы Рассмотрены вопросы, важные с точки зрения практического освоения ОС Windows и разработки Win32-приложений. Приведено краткое описание... Рассмотрены вопросы, важные с точки зрения практического освоения ОС Windows и разработки Win32-приложений. Приведено краткое описание справочной системы MSDN, средств разработки и отладки. Проанализированы основные типы используемых данных, форматы хранения текстовых строк и способы корректной обработки ошибок. Описаны разнообразные инструментальные средства, которые являются дополнительными источниками сведений о системе ещё
Разработка Win32 приложений. Инструментальные средства изучения системы тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
3 Базовые понятия ОС Windows В лекции описаны прерывания, системные вызовы и исключительные ситуации, которые являются фундаментальными механизмами операционных систем, и... В лекции описаны прерывания, системные вызовы и исключительные ситуации, которые являются фундаментальными механизмами операционных систем, и проанализированы особенности их реализации в ОС Windows. Обработка всех типов событий осуществляется единым образом и связана с сохранением/восстановлением состояния и эффективным поиском программы обработчика по системным таблицам. Важную роль для правильной организации имеет иерархия событий, реализованная в виде набора IRQL-приоритетов ещё
Базовые понятия ОС Windows тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 35 мин
4 Объекты. Менеджер объектов. Реестр В лекции описаны особенности функционирования менеджера объектов — одного из ключевых компонентов ОС Windows. Объекты активно... В лекции описаны особенности функционирования менеджера объектов — одного из ключевых компонентов ОС Windows. Объекты активно используются для организации доступа к ресурсам, которые нужно защищать, именовать, разделять и т. д. Среди совокупности объектов выделены объекты ядра. Описаны дескрипторы объектов, отвечающие за связь объекта с приложением. Рассмотрены вопросы именования объектов и связь пространства имен объектов с другими пространствами имен. Для управления большим организована специальная централизованная база данных — реестр ещё
Объекты. Менеджер объектов. Реестр тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
5 Реализация процессов и потоков Поток представляет собой набор исполняющихся команд для текущего момента исполнения. С одним или несколькими потоками ассоциирован... Поток представляет собой набор исполняющихся команд для текущего момента исполнения. С одним или несколькими потоками ассоциирован набор ресурсов, которые объединены в рамках процесса. Для описания процесса в системе поддерживается связанная совокупность структур, главной из которых является структура EPROCESS. В свою очередь, структура ETHREAD и связанные с ней структуры необходимы для реализации потоков. В лекции проанализированы функции CreateProcess и CreateThread и этапы создания процессов и потоков. Важными характеристиками потока являются его контекст и состояние. Наблюдение за состоянием потоков предлагается осуществить при помощи инструментальных средств системы ещё
Реализация процессов и потоков тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
6 Планирование потоков Процессорное время — ограниченный ресурс, поэтому планирование — важная и критичная для производительности операция. Один из... Процессорное время — ограниченный ресурс, поэтому планирование — важная и критичная для производительности операция. Один из ключевых вопросов — выбор момента для запуска процедуры планирования. В системе реализовано приоритетное вытесняющее планирование с динамическими приоритетами. Для удобства пользователя и мобильности программ поддерживается слой абстрагирования приоритетов. Механизмы привязки позволяют организовать эффективное исполнение программ в многопроцессорных системах ещё
Планирование потоков тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 35 мин
7 Межпроцессный обмен К основным способам межпроцессного обмена традиционно относят каналы и разделяемую память, для организации которых используют разделяемые... К основным способам межпроцессного обмена традиционно относят каналы и разделяемую память, для организации которых используют разделяемые ресурсы. Анонимные каналы поддерживают потоковую модель, в рамках которой данные представляют собой неструктурированную последовательность байтов. Именованные каналы, поддерживающие как потоковую модель, так и модель, ориентированную на сообщения, обеспечивают обмен данными не только в изолированной вычислительной среде, но и в локальной сети ещё
Межпроцессный обмен тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
8 Синхронизация потоков Проблема недетерминизма является одной из ключевых в параллельных вычислительных средах. Традиционное решение — организация взаимоисключения. Для... Проблема недетерминизма является одной из ключевых в параллельных вычислительных средах. Традиционное решение — организация взаимоисключения. Для синхронизации с применением переменной-замка используются Interlocked-функции, поддерживающие атомарность некоторой последовательности операций. Взаимоисключение потоков одного процесса легче всего организовать с помощью примитива CriticalSection. Для более сложных сценариев рекомендуется применять объекты ядра, в частности, семафоры, мьютексы и события. Рассмотрена проблема синхронизации в ядре, основным решением которой можно считать установку и освобождение спин-блокировок ещё
Синхронизация потоков тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
9 Введение. Виртуальное адресное пространство процесса Система управления памятью является одной из наиболее важных в составе ОС. Традиционная схема предполагает связывание виртуального... Система управления памятью является одной из наиболее важных в составе ОС. Традиционная схема предполагает связывание виртуального и физического адресов на стадии исполнения программы. Для управления виртуальным адресным пространством в нем принято организовывать сегменты (регионы), для описания которых используются структуры данных VAD (Virtual Address Descriptors). Для создания региона и передачи ему физической памяти можно использовать функцию VirtualAlloc. Описана техника использования таких регионов, как куча процесса, стек потока и регион файла, отображаемого в память ещё
Введение. Виртуальное адресное пространство процесса тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
10 Функционирование менеджера памяти Рассмотрены особенности поддержки виртуальной памяти. Базовой операцией менеджера памяти является трансляция виртуального адреса в физический с... Рассмотрены особенности поддержки виртуальной памяти. Базовой операцией менеджера памяти является трансляция виртуального адреса в физический с помощью таблицы страниц и ассоциативной (TLB) памяти. В ряде случаев, для реализации разделяемой памяти, интеграции с системой ввода/вывода и др., применяется прототипная таблица страниц, которая является промежуточным звеном между обычной таблицей страниц и физической памятью. Для описания страниц физической памяти поддерживается база данных PFN (Page Frame Number). Локализацию страниц памяти, контроль процессом памяти другого процесса и технику копирования при записи можно отнести к интересным особенностям системы управления памятью ОС Windows ещё
Функционирование менеджера памяти тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
11 Интерфейс файловой системы В настоящей лекции рассматриваются основные функции и интерфейс файловой системы NTFS. Файловая система решает задачи именования... В настоящей лекции рассматриваются основные функции и интерфейс файловой системы NTFS. Файловая система решает задачи именования и типизации файлов, организации доступа к файлам, защиты, поиска файлов и ряд других. В системе на каждом разделе диска поддерживается иерархическая система каталогов. Для эффективного доступа к файлам могут быть организованы асинхронные чтение и запись ещё
Интерфейс файловой системы тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
12 Реализация файловой системы. Файловая система NTFS Настоящая лекция описывает отдельные аспекты реализации файловой системы NTFS. Главная функция файловой системы — связь символьного... Настоящая лекция описывает отдельные аспекты реализации файловой системы NTFS. Главная функция файловой системы — связь символьного имени с блоками диска — реализована за счет поддержки списка блоков в записи о файле в главной файловой таблице MFT. Для быстрого поиска файла по имени каталог может быть организован в виде B+ дерева. Проблемы монтирования дисков и связывания файлов решаются с помощью точек повторного анализа. Производительность файловой системы обеспечивается менеджером кэша, а также путем оптимального размещения информации на диске. Для восстановления системы после отказа питания ведется журнал файловых операций с метаданными. Поддержка нескольких файловых систем в ОС Windows обеспечивается оригинальной структурой подсистемы ввода/вывода, в рамках которой для каждой файловой системы имеется соответствующий драйвер ещё
Реализация файловой системы. Файловая система NTFS тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 40 мин
13 Система управления доступом Подсистема защиты данных является одной из наиболее важных. В центре системы безопасности ОС Windows находится система... Подсистема защиты данных является одной из наиболее важных. В центре системы безопасности ОС Windows находится система контроля доступа. Реализованные модели дискреционного и ролевого доступа являются удобными и широко распространены, однако не позволяют формально обосновать безопасность приложений в ряде случаев, представляющих практический интерес. С каждым процессом или потоком, то есть активным компонентом (субъектом), связан маркер доступа, а у каждого защищаемого объекта (например, файла) имеется дескриптор защиты. Проверка прав доступа обычно осуществляется в момент открытия объекта и заключается в сопоставлении прав субъекта списку прав доступа, который хранится в составе дескриптора защиты объекта ещё
Система управления доступом тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 40 мин
14 Структура системы защиты. Привилегии Описана структура менеджера безопасности ОС Windows. Система защиты данных должна удовлетворять требованиям, сформулированным в ряде нормативных... Описана структура менеджера безопасности ОС Windows. Система защиты данных должна удовлетворять требованиям, сформулированным в ряде нормативных документов, которые определяют политику безопасности. Далее в лекции описаны возможности настройки привилегий учетной записи. Поддержка модели ролевого доступа связана с задачами перечисления, добавления и отзыва привилегий пользователя и отключения привилегий в маркере доступа субъекта ещё
Структура системы защиты. Привилегии тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 20 мин
15 Отдельные аспекты безопасности Windows В лекции рассмотрены вопросы аутентификации пользователя, системного аудита, защиты от повторного использования объектов и внешнего навязывания,... В лекции рассмотрены вопросы аутентификации пользователя, системного аудита, защиты от повторного использования объектов и внешнего навязывания, а также возможности тонкой настройки контекста пользователя ещё
Отдельные аспекты безопасности Windows тест для курса Основы организации операционных систем Microsoft Windows 30 мин
Тренировочный экзамен Внимание! Тренировочный экзамен экстерном не обязательный для сдачи. При желании вы можете его пройти, если хотите проверить свои знания курса перед сдачей экзамена. Тренировочный экзамен можно сдавать сколько угодно один раз.
Экзамен
^