Операционные системы

Специалитет 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Компьютерная безопасность)

Кто читает: Департамент прикладной математики

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Истратов Анатолий Юрьевич

Специальность: 10.05.01. Компьютерная безопасность

Язык: русский

Кредиты: 7

Контактные часы: 112

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Основу курса составляет систематическое изложение теоретических и практических вопросов построения современных операционных систем, концепций и алгоритмов управления локальными и распределенными ресурсами. Изучаются варианты реализации многозадачной и многонитевой обработки (multithreading), организация виртуальной памяти, средства синхронизации, удаленные вызовы процедур (RPC), транзакции, механизмы репликации, средства файловой системы, логическая и физическая реализация файловых систем и систем управления вводом-выводом, подходы к обеспечению безопасности. Обсуждаются современные технологии проектирования ОС: микроядра, модель клиент-сервер, множественные прикладные среды, объектно-ориентированный подход, технология распределенных вычислительных сред (DCE). Особое внимание уделено сетевым возможностям ОС – использованию стандартных протоколов и интерфейсов, возможностям их мультиплексирования. В рамках курса лекций студенты познакомятся с методологически переработанным материалом, позволяющим эффективно использовать возможности ОС при проектировании самостоятельных прикладных приложений. Студенты не только получат представление о состоянии и возможностях современных ОС, но и приобретут навыки разработки системных приложений. Изложение принципов организации ОС сопровождается примерами их реализации в конкретных системах: UNIX-подобных, NetWare, Windows 2000 и выше. Особое внимание уделяется UNIX – подобным ОС. Приводится краткое введение в основы ОС UNIX (включая базовые понятия процессов/потоков, команд, файлов и т.д.), рассматриваются принципы архитектурной организации системы, основы мобильного программирования и принципы открытых систем, базисный механизм межпроцессных взаимодействий в централизованных и распределенных системах, основные подходы к организации интерактивного взаимодействия с пользователем, вопросы стандартизации. Приводится информация о современном состоянии некоторых коммерческих и свободно распространяемых версий ОС UNIX. Обсуждаются вопросы взаимодействия различных ОС в рамках одной сети. Изучаются различные подходы к администрированию ОС в больших сетях: доменный подход и подход, основанный на службе каталогов.

Цель освоения дисциплины

Обучение студентов принципам организации современных вычислительных систем

Планируемые результаты обучения

Знание основных подходов проектирования и организации современных ОС
Обладание навыками проектирования системных приложений и организации межсетевого обмена информацией
Получение представления о возможностях и сферах применения современных операционных систем
Умение осуществлять взаимодействие между процессами и обрабатывать прерывания
Умение программировать на командном языке
Умение программировать на командном языке и выполнять административные функции в системе
Умение работать и разрабатывать приложения в любой современной ОС

Содержание учебной дисциплины

Понятие ОС. Аппаратные и программные средства
Операционная система WINDOWS. Структура системы
Системное окружение
Уровень аппаратных абстракций ОС WINDOWS
Ядро ОС. Схемы прерываний
Уровень ядра ОС WINDOWS
Управление памятью. Концепция виртуальной памяти
Исполняющая система ОС WINDOWS
Файловая система. Средства файловой системы. Топология файловой системы
Реализация объектов в ОС WINDOWS
Система управления вводом-выводом. Структурные аппаратные и программные особенности
Подсистемы окружения ОС WINDOWS
Организация локальных сетей ЭВМ. Основные аппаратные и программные компоненты. Топология ЛВС
Процессы и потоки в ОС WINDOWS
Операционная система UNIX. Основные характеристики
Вызовы для управления заданиями, процессами, потоками и волокнами в ОС WINDOWS
Ядро и процессы. Структура процесса ОС UNIX
Межпроцессные взаимодействия в ОС WINDOWS
Межпроцессные взаимодействия. Управление процессами. Системные вызовы и API
Реализация процессов и потоков в ОС WINDOWS
Файловая система ОС UNIX
Планирование в ОС WINDOWS
Система управления вводом-выводом (СУВВ) ОС UNIX
Загрузка ОС WINDOWS
Обработка прерываний в ОС UNIX. Системный вызов «сигнал»
Управление оперативной памятью в ОС WINDOWS
Функционирование ОС UNIX
Управление файловой системой в ОС WINDOWS
Интерпретатор команд SHELL. Программирование на командном языке
Поддержка в ОС UNIX сетевого обмена
Взаимодействие с пользователями в рамках системы UNIX
Примеры реализаций ОС UNIX. SOLARIS, UNIX HP, FREE BSD, LINUX
Управление процессами
Межпроцессное взаимодействие на уровне «клиент-сервер» ОС UNIX

Элементы контроля

Домашняя работа № 1
Понятия связанные с дисциплиной "Операционные системы"
Домашнее работа № 2
Системные вызовы в ОС UNIX
Домашняя работа № 3
Утилиты файловой системы ОС UNIX
Лабораторная работа № 1
Межпроцессное взаимодействие в ОС UNIX с обработкой прерываний
Лабораторная работа № 2
Межпроцессное взаимодействие в ОС UNIX и обработка прерываний на командном языке
Контрольная работа
Обобщенные знания системных вызовов в ОС UNIX
Лабораторная работа № 3
Работа с очередями сообщений в ОС UNIX
Лабораторная работа № 4
Обмен информацией между асинхронными процессами через разделяемую память в ОС UNIX
Лабораторная работа №5
Межсетевое взаимодействие между процессами в ОС UNIX

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 3 модуль
0.07 * Домашнее работа № 2 + 0.07 * Домашнее работа № 2 + 0.07 * Домашнее работа № 2 + 0.07 * Домашняя работа № 1 + 0.07 * Домашняя работа № 1 + 0.07 * Домашняя работа № 1 + 0.07 * Домашняя работа № 3 + 0.07 * Домашняя работа № 3 + 0.07 * Домашняя работа № 3 + 0.07 * Лабораторная работа № 1 + 0.07 * Лабораторная работа № 1 + 0.07 * Лабораторная работа № 1 + 0.07 * Лабораторная работа № 2 + 0.09 * Лабораторная работа № 2
2023/2024 учебный год 4 модуль
0.333 * Контрольная работа + 0.333 * Лабораторная работа № 4 + 0.334 * Лабораторная работа №5
2024/2025 учебный год 2 модуль
0.16 * Лабораторная работа № 3 + 0.16 * Лабораторная работа № 3 + 0.16 * Лабораторная работа № 4 + 0.16 * Лабораторная работа № 4 + 0.16 * Лабораторная работа №5 + 0.2 * Лабораторная работа №5

Программа дисциплины