Спонсор: Microsoft
Автор: Владимир Сафонов | Санкт-Петербургский государственный университет
Форма обучения:
дистанционная
Стоимость самостоятельного обучения:
бесплатно
Доступ:
свободный
Документ об окончании:
 
Уровень:
Для всех
Длительность:
45:26:00
Студентов:
5919
Выпускников:
1214
Качество курса:
4.64 | 4.23
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).
ISBN: 978-5-9963-0495-0
 

План занятий

Занятие
Заголовок <<
Дата изучения
Лекция 1
1 час 15 минут
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.
Оглавление
    -
    Тест 1
    24 минуты
    -
    Лекция 2
    1 час 7 минут
    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).
    Оглавление
      -
      Тест 2
      24 минуты
      -
      Лекция 3
      1 час 8 минут
      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.
      Оглавление
        -
        Тест 3
        24 минуты
        -
        Лекция 4
        1 час 27 минут
        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.
        Оглавление
          -
          Лекция 5
          38 минут
          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.
          Оглавление
            -
            Тест 5
            24 минуты
            -
            Лекция 6
            1 час 18 минут
            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.
            Оглавление
              -
              Тест 6
              24 минуты
              -
              Лекция 7
              39 минут
              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.
              Оглавление
                -
                Тест 7
                24 минуты
                -
                Лекция 8
                47 минут
                Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов
                В лекции рассмотрены основные концепции управления процессами, планирования и диспетчеризации процессов.
                Оглавление
                  -
                  Тест 8
                  24 минуты
                  -
                  Лекция 9
                  42 минуты
                  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).
                  Оглавление
                    -
                    Тест 9
                    24 минуты
                    -
                    Лекция 10
                    46 минут
                    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.
                    Оглавление
                      -
                      Тест 10
                      24 минуты
                      -
                      Лекция 11
                      51 минута
                      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.
                      Оглавление
                        -
                        Лекция 12
                        1 час 28 минут
                        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.
                        Оглавление
                          -
                          Тест 12
                          24 минуты
                          -
                          Лекция 13
                          34 минуты
                          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.
                          Оглавление
                            -
                            Тест 13
                            24 минуты
                            -
                            Лекция 14
                            48 минут
                            Алгоритм банкира
                            В лекции рассмотрены понятие безопасного состояния системы, алгоритм банкира, алгоритмы обнаружения тупиков.
                            Оглавление
                              -
                              Тест 14
                              24 минуты
                              -
                              Лекция 15
                              40 минут
                              Управление памятью
                              В лекции рассмотрены следующие вопросы: принципы управления памятью; устройство управления памятью; логическое и физическое адресные пространства; динамическая линковка; оверлейная структура программы.
                              Оглавление
                                -
                                Тест 15
                                24 минуты
                                -
                                Лекция 16
                                56 минут
                                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.
                                Оглавление
                                  -
                                  Тест 16
                                  24 минуты
                                  -
                                  Лекция 17
                                  29 минут
                                  Сегментная организация памяти
                                  В лекции рассмотрены: сегментная организация памяти; cегментно- страничная организация памяти (MULTICS, "Эльбрус", Intel x86).
                                  Оглавление
                                    -
                                    Тест 17
                                    24 минуты
                                    -
                                    Лекция 18
                                    1 час 12 минут
                                    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.
                                    Оглавление
                                      -
                                      Тест 18
                                      24 минуты
                                      -
                                      Лекция 19
                                      1 час 25 минут
                                      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.
                                      Оглавление
                                        -
                                        Тест 19
                                        24 минуты
                                        -
                                        Лекция 20
                                        54 минуты
                                        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.
                                        Оглавление
                                          -
                                          Тест 20
                                          24 минуты
                                          -
                                          Лекция 21
                                          58 минут
                                          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.
                                          Оглавление
                                            -
                                            Тест 21
                                            24 минуты
                                            -
                                            Лекция 22
                                            47 минут
                                            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.
                                            Оглавление
                                              -
                                              Тест 22
                                              24 минуты
                                              -
                                              Лекция 23
                                              48 минут
                                              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.
                                              Оглавление
                                                -
                                                Тест 23
                                                24 минуты
                                                -
                                                Лекция 24
                                                1 час 3 минуты
                                                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.
                                                Оглавление
                                                  -
                                                  Тест 24
                                                  24 минуты
                                                  -
                                                  Лекция 25
                                                  47 минут
                                                  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.
                                                  Оглавление
                                                    -
                                                    Тест 25
                                                    24 минуты
                                                    -
                                                    Лекция 26
                                                    47 минут
                                                    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.
                                                    Оглавление
                                                      -
                                                      Тест 26
                                                      24 минуты
                                                      -
                                                      Лекция 27
                                                      59 минут
                                                      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.
                                                      Оглавление
                                                        -
                                                        Тест 27
                                                        24 минуты
                                                        -
                                                        Лекция 28
                                                        1 час 4 минуты
                                                        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.
                                                        Оглавление
                                                          -
                                                          Тест 28
                                                          24 минуты
                                                          -
                                                          Лекция 29
                                                          39 минут
                                                          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.
                                                          Оглавление
                                                            -
                                                            Тест 29
                                                            24 минуты
                                                            -
                                                            Лекция 30
                                                            43 минуты
                                                            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.
                                                            Оглавление
                                                              -
                                                              Тест 30
                                                              24 минуты
                                                              -
                                                              Лекция 31
                                                              29 минут
                                                              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.
                                                              Оглавление
                                                                -
                                                                Тест 31
                                                                24 минуты
                                                                -
                                                                Лекция 32
                                                                40 минут
                                                                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.
                                                                Оглавление
                                                                  -
                                                                  Тест 32
                                                                  24 минуты
                                                                  -
                                                                  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.
                                                                  Оглавление
                                                                    -
                                                                    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.
                                                                    Оглавление
                                                                      -
                                                                      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.
                                                                      Оглавление
                                                                        -
                                                                        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.
                                                                        Оглавление
                                                                          -
                                                                          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.
                                                                          Оглавление
                                                                            -
                                                                            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].
                                                                            Оглавление
                                                                              -
                                                                              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.
                                                                              Оглавление
                                                                                -
                                                                                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.
                                                                                Оглавление
                                                                                  -
                                                                                  1 час 40 минут
                                                                                  -
                                                                                  Гульжан Мурсакимова
                                                                                  Гульжан Мурсакимова
                                                                                  Василий Четвертаков
                                                                                  Василий Четвертаков