Кафедра К3 Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника

Операционные системы

Преподаватель: Чернышов Александр Викторович

Направление подготовки: 654600 «Информатика и вычислительная техника»
Специальность: 230101 (220100) «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Семестры: 4, 5
Вид итогового контроля:
зачет — 4 семестр
экзамен — 5 семестр

Содержание курса:

1. Введение. История развития ОС
   • Назначение и функции ОС (неформальное введение).
   • История зарождения и развития ОС.
   • Операционные системы на современном этапе развития вычислительной техники.
   • Классификация ОС.
   • Универсальные ОС и ОС специального назначения.
   • ОС пакетные, обработки транзакций, разделения времени, реального времени.
2. Назначение и функции ОС
   • Подробное описание назначения и функций ОС.
   • Зависимость возможностей и функций ОС от аппаратуры ЭВМ (система команд и архитектура процессора, часы раельного времени и системный таймер, контроллер обработки прерываний, каналы ввода-вывода и т. п.).
   • Способы реализации мультипрограммирования.
   • Понятие событийного программирования.
   • Многопользовательский режим работы.
   • Средства обработки сигналов.
   • Модульная структура построения ОС и их переносимость.
3. Управление процессами в ОС
   • Понятие процесса.
   • Структура контекста процесса.
   • Идентификатор и дескриптор процесса.
   • Иерархия процессов.
   • Понятия приоритета и очереди процессов.
   • Понятие ядра ОС.
   • Диспетчеризация и синхронизация процессов.
   • Способы реализации мультипрограммирования.
   • Управление процессором.
   • Режимы пользователя и супервизора.
   • Привелегированные команды.
   • Системные вызовы.
   • Средства коммуникации между процессами.
   • Средства обработки сигналов.
   • Взаимоисключение и критические секции.
   • Алгоритмы Деккера и Петерсена.
   • Семафоры.
   • Мониторы.
   • Тупики в ОС.
   • Необходимые условия возникновения.
   • Методы борьбы с тупиками.
4. Управление оперативной памятью в ОС
   • История развития методов управления оперативной памятью.
   • Управление памятью с фиксированными разделами.
   • Управление памятью с переменными разделами.
   • Начальный и устоявшийся режим работы.
   • Дыры.
   • Стратегии поиска подходящей дыры.
   • Свопинг.
   • Принципы управления процессами и оперативной памятью.
   • Использование технологии оверлейного программирования.
   • Механизм реализации виртуальной памяти.
   • Необходимая аппаратная поддержка.
   • Принцип трансляции виртуальных адресов в физические.
   • Страничный метод организации виртуальной памяти.
   • Особенности механизма трансляции адресов.
   • Защита памяти.
   • Совместное использование памяти.
   • Сегментный метод организации виртуальной памяти.
   • Сегментно-страничный метод организации виртуальной памяти.
   • Защита памяти.
   • Совместное использование памяти.
   • Стратегия подкачки страниц.
   • Стратегии вталкивания, размещения и выталкивания страниц.
   • Влияние на производительность.
   • Понятия пробуксовки и рабочего множества.
   • Сегментация виртуального адресного пространства процесса.
   • Организация межпроцессного взаимодействия.
   • Особенности разработки программ для запуска на системах с виртуальной памятью.
   • Кеширование.
5. Управление внешней памятью в ОС
   • Иерархия устройстви памяти.
   • Типы устройств внешней памяти.
   • Ввод и вывод данных.
   • Каналы ввода-вывода.
   • Буферизация.
   • Магнитные диски.
   • Основные принципы устройства и функционирования.
   • Возможность и необходимость оптимизации обработки запросов.
   • Стратегии оптимизации.
   • Файловые системы.
   • Назначение и функции.
   • Варианты организации файловых систем.
   • Методы доступа к файлам в файловых системах.
   • Концепция доступа к устройствам через псевдофайлы.
   • Драйверы ОС.
   • Многоуровневая иерархия драйверов в ОС.
   • Модульная структура драйверов современных ОС.
6. Мультипроцессорные ОС
   • Варианты построения мультипроцессорных структур.
   • Особенности их функционирования и сопровождения.
   • Особенности программирования для мультипроцессоров.
   • Особенности мультипроцессорных ОС.
7. Сетевые ОС и распределённая обработка
   • История возникновения и развития сетевого ПО.
   • Необходимость появления поддержки сетей в составе ОС.
   • Современные сетевые ОС.
   • Сетевые ОС.
   • Базовые службы сетевых ОС.
   • Принципы организации межпроцессного взаимодействия.
   • Защита от сбоев и несанкционированного доступа.
   • Распределённые ОС.
   • Новая парадигма организации вычислений и обработки информации.
   • Необходимые базовые службы.
   • Защита от сбоев и несанкционированного доступа.
   • Кластеры компьютеров в локальных сетях.
   • Кластерные супервычислители.
   • Организация многопроцессорных вычислений на кластере с использованием свободно распространяемого ПО.
8. Производительность ОС
   • Понятие производительности вычислительной системы.
   • Этапы оценки производительности.
   • Цели, методы и способы оценки производительности.
   • Эффективность вычислительной системы.
   • Методы оценки эффективности.
   • Измерение и оптимизация производительности вычислительной системы.
9. Локализация в ОС
   • Понятие локализации в ОС.
   • Необходимость локализации.
   • Исторический аспект.
   • Национальные стандарты и традиции.
   • Кодовые таблицы символов. Стандарт UNICODE.
10. Современные тенденции развития ОС
    • Мировая тенденция к переходу на национальные ОС, базирующиеся на открытых международных стандартах и открытых кодах.

Рекомендуемая литература:

1. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые операционные системы. — СПб.: Питер, 2003. — 384 с.
2. Дейтел Х. М., Дейтел П. Д., Чофнес Д. Р. Операционные системы. Основные принципы. Третье издание. — М.: ООО «Бином-Пресс», 2006. — 1024 с.
3. Столлингс В. Операционные системы. Внутреннее устройство и принципы проектирования. — М.: Вильямс, 2002. — 844 с.

Дополнительная литература:

1. Робачевский А. Операционная система UNIX. — СПб.: БХВ, 1999. — 528 с.
2. Тейнсли Д. Linux и UNIX: программирование в shell. — Киев: БХВ, 2001. — 464 с.
3. Лацис А. Как построить и использовать суперкомпьютер. — М.: Бестселлер, 2003. — 240 с.

Учебные и учебно-методические пособия:

1. Чернышов А. В. Планирование процессов. Практикум к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 220100. Часть 1. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2004. — 24 с.
2. Чернышов А. В. Управление ресурсами ЭВМ. Практикум к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 220100. Часть 2. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2004. — 32 с
3. Чернышов А. В. Работа за X-терминалом. Учебное пособие для студентов специальностей 230100, 230101. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. — 87 с.
4. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 1. Основные алгоритмы. 3-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 720 с.
5. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 2. Получисленные алгоритмы. 3-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 830 с.
6. Кнут Д. Е. Искусство программирования. Том 3. Сортировка и поиск. 2-е изд. — М.: Вильямс, 2000. — 824 с.

Нормативные документы:

1. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Схемы алгоритмов, программ, данных и систем.
2. ГОСТ 19781-90 Обеспечение систем обработки информации программное. Термины и определения.

Интернет-ресурсы:

1. www.linuxcenter.ru
2. www.linuxformat.ru

Учебные материалы: Вопросы к экзамену