Технологии виртуализации

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Прикладная математика и информатика)

Направление: 01.03.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Департамент информатики

Где читается: Школа информатики, физики и технологий

Когда читается: 4-й курс, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Барашев Дмитрий Валерьевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 32

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Курс посвящен вопросам, связанным с теоретическими основами и практическими методами создания современных эффективных виртуальных машин, отвечающих требованиям по безопасности и скорости работы. Курс рассчитан на 32 часа аудиторной нагрузки, из них 22 часа лекций и 10 часов семинаров.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Виртуальные машины» являются формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков по основам работы и построения современных виртуальных машин.

Планируемые результаты обучения

Знает принципы построения виртуальных машин; основные способы улучшения производительности виртуальных машин; основные особенности реализации существующих ВМ.
Умеет создавать виртуальные машины; создавать JIT-компилятор; создавать виртуальные машины с поддержкой многопоточного режима выполнения.
Имеет навыки построения безопасных и надежных виртуальных машин; применения алгоритмов реализации JIT-компиляторов, менеджеров физической памяти.

Содержание учебной дисциплины

Введение. Виртуализация и виртуальные машины
Определение виртуализации и виртуальной машины (в частности гипервизора). Примеры виртуальных машин. Ресурсно–агностическое прикладное программирование. и использование виртуализации для управления вычислительными ресурсами. Сценарии использования виртуализации в современной индустрии ПО. Концепция виртуальной машины и гипервизора.
Типичные компоненты ВМ. Многопоточность
Типичные компоненты ВМ. Виртуализация набора инструкций реальных компьютеров. Критерии Попека–Голдберга. Системы управления памятью. Сборщики мусора. Гипотеза поколений. Устройства управления физической памятью (MMU) и их использование в виртуализованном окружении. Изоляция исполняемых компонент. Многопоточность: преимущества и недостатки. Оптимизации связанные с многопоточностью.
Реализация исполняющей компоненты ВМ.
Реализация исполняющей компоненты виртуальной машины на современных компьютерах. Интерпретаторы, компиляторы, системы непосредственного исполнения. Компиляторы времени исполнения (JIT). Дизайн, архитектура, реализация. Стандартизированный контекст исполнения, и его реализация. Стандартные библиотеки, стандартное аппаратное обеспечение - преимущества и недостатки.
Конкурентность, безопасность, надежность. Производительность
Конкурентность в виртуальных машинах. Парадигмы и моменты реализации. Безопасность и надежность виртуальных машин. Теория и примеры реализации (ядро Linux, VirtualBox, JVM, Native Client). Проблемы производительности и основные техники оптимизации для ВМ.
Дизайны виртуальных машин. Примеры реализации
Дизайн виртуальной машины Hotspot для языка Java. Дизайн VirtualBox — виртуализатор архитектуры x86. Бинарная трансляция на примере эмулятора QEMU. Системы программной верификации машинного кода на примере Native Client. Гарантии и способы реализации безопасности.

Элементы контроля

Домашнее задание 1
Домашнее задание 2
Домашнее задание 3
Домашнее задание 4
Устный экзамен
Экзамен проводится в онлайн-формате с использованием платформы Zoom.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.125 * Домашнее задание 1 + 0.125 * Домашнее задание 2 + 0.125 * Домашнее задание 3 + 0.125 * Домашнее задание 4 + 0.5 * Устный экзамен

Программа дисциплины