
- •1. Лекция: Понятие операционной системы (ос), цели ее работы. Классификация компьютерных систем
- •Введение
- •Комментарии к списку литературы
- •Краткое содержание курса
- •Почему важно знать операционные системы – мнение эксперта из Microsoft
- •Расцвет ос в 2000-х гг.
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •2. Лекция: История ос. Отечественные ос. Диалекты unix. Режимы пакетной обработки, мультипрограммирования, разделения времени
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •3. Лекция: Особенности ос для различных классов компьютерных систем. Ос реального времени. Ос для облачных вычислений
- •Введение
- •Особенности ос для персональных компьютеров
- •Параллельные компьютерные системы и особенности их ос.
- •Симметричные и асимметричные мультипроцессорные системы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •4. Лекция: Архитектура компьютерной системы
- •Содержание
- •Введение
- •Архитектура компьютерной системы
- •Аппаратная защита адресов памяти в системах с теговой архитектурой
- •Организация аппаратной защиты памяти и процессора
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •5. Лекция: Архитектура ос. Управление процессами: Основные понятия. Семафоры и мониторы
- •6. Лекция: Обзор функций ос: управление памятью, файлами, процессами, сетями, командными интерпретаторами, сервисы ос, системные вызовы. Уровни абстракции ос. Архитектура unix и ms-dos
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •7. Лекция: Уровни абстракции ос. Ос с архитектурой микроядра. Виртуальные машины. Цели проектирования и разработки ос. Генерация ос
- •Механизмы и политики
- •Реализация операционных систем
- •Генерация операционной системы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •8. Лекция: Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •9. Лекция: Методы взаимодействия процессов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •10. Лекция: Потоки (threads) и многопоточное выполнение программ (multi-threading)
- •Потоки в Windows 2000
- •Потоки в Linux
- •Потоки в Java
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •11. Лекция: Стратегии и критерии диспетчеризации процессов
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •12. Лекция: Методы синхронизации процессов
- •Алгоритм решения проблемы критической секции
- •Алгоритм булочной (bakery algorithm)
- •Синхронизация на основе аппаратной поддержки атомарных операций
- •Синхронизация на основе общих семафоров
- •Реализация семафоров
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •13. Лекция: Тупики (deadlocks), методы предотвращения и обнаружения тупиков
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •14. Лекция: Алгоритм банкира
- •Методы обнаружения тупиков
- •Граф wait-for
- •Обнаружение тупиков для случая ресурсов с множественными экземплярами
- •Алгоритм обнаружения тупиков
- •Пример применения алгоритма обнаружения тупиков
- •Использование алгоритма обнаружения тупиков
- •Восстановление после тупика
- •Комбинированный подход к обработке тупиков
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •15. Лекция: Управление памятью
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •16. Лекция: Страничная организация памяти
- •Хешированные таблицы страниц
- •Инвертированные таблицы страниц
- •Разделяемые страницы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •17. Лекция: Сегментная организация памяти
- •Пример сегментной организации памяти
- •Пример использования разделяемых сегментов
- •Сегментно-страничная организация памяти в системах multics и "Эльбрус"
- •Сегментно-страничная организация памяти в системе Intel 386
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •18. Лекция: Виртуальная память
- •Страничная организация в Solaris
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •19. Лекция: Системы файлов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •20. Лекция: Виртуальные файловые системы (vfs). Реализации файловых систем. Сетевая файловая система nfs
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •21. Лекция: Системы ввода-вывода
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •22. Лекция: Сети и сетевые структуры
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •23. Лекция: Классические и современные сетевые коммуникационные протоколы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •24. Лекция: Безопасность операционных систем и сетей. Trustworthy Computing
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •25. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: архитектура, ядро, распространение и лицензирование, принципы проектирования, управление процессами
- •Планирование задач ядра и синхронизация в ядре
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •26. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: управление памятью, ресурсами, файловые системы, драйверы устройств, сети, безопасность
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •27. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей систем Windows 2000/xp/2003/Vista/2008/7
- •Подсистемы окружения в Windows 2000
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •28. Лекция: Системные механизмы Windows
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •29. Лекция: Академическая программа Microsoft Shared Source Initiative. Открытое ядро Windows для изучения и исследований (Windows Research Kernel)
- •Пакет учебных ресурсов crk
- •Исследовательское ядро Windows Research Kernel
- •Проект ProjectOz
- •Контактная информация и ссылки
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •30. Лекция: ос для мобильных устройств. Windows Mobile
- •Перспективы ос для мобильных устройств
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •31. Лекция: ос для облачных вычислений (cloud computing). Windows Azure
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •32. Лекция: Перспективы операционных систем и сетей
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •Заключение
Краткие итоги
Виртуальная память – метод распределения памяти, при котором логическая память процесса отделена от физической, превышает физическую по объему, ее образ хранится во вторичной памяти, а конкретный фрагмент памяти подкачивается в основную память при обращении к нему. Такой метод позволяет расширить адресное пространство, обеспечить совместное использование памяти, сэкономить память при создании процессов.
Виртуальная память может быть реализована путем страничной или сегментной организации по требованию.
Страничная организация по требованию – схема страничной организации, при которой страница подкачивается в основную память только при обращении к ней. При отсутствии адресуемой страницы в основной памяти происходит прерывание – отказ страницы (page fault). Бит valid-invalid элемента таблицы страниц указывает, присутствует ли страница в основной памяти.
При обработке ситуации отказа страницы ОС находит фрейм в основной памяти и подкачивает в него страницу с диска. При отсутствии свободного фрейма выполняется алгоритм замещения страниц – выбор фрейма-жертвы (по какому-либо критерию), откачка его на диск и подкачка на освободившееся место адресуемой страницы.
Виртуальная память дает возможность оптимизировать при создании процесса (дочерний процесс может использовать пространство памяти родительского, если он его не изменяет), а также организовать совместно используемые файлов, отображаемые в память.
При замещении страниц на диск откачиваются только модифицированные страницы (для их указания используется бит модификации в элементе таблицы страниц).
Число отказов страниц обратно пропорционально зависит от числа свободных фреймов у каждого процесса: чем больше фреймов, тем меньше отказов страниц. Исключение – аномалия Belady: возрастание числа отказов при четырех фреймах, по сравнению с тремя в алгоритме FIFO.
Используются следующие алгоритмы замещения страниц: FIFO (замещается страница, загруженная в память раньше всех); оптимальный алгоритм (замещается страница, которая не использовалась в течение наибольшего периода времени); LRU (замещается страница, к которой раньше всего было обращение); LRU с использованием стека страниц с самой ранней по обращению страницей на вершине; замещение страниц с нулевым битом ссылки; алгоритм второго шанса (замещение второй по давности обращений страницы, с сохранением первой в памяти); LFU – замещение реже всего используемой страницы; MFU – замещение чаще всего используемой страницы.
Выделение процессам фреймов в основной памяти для размещения страниц выполняется равномерно (выделяется одинаковое число фреймов), пропорционально размерам процессов, по приоритетам, локально (для каждого процесса свой список свободных фреймов) или глобально (общий список свободных фреймов для всех процессов).
Thrashing – ситуация катастрофической нехватки фреймов в основной памяти, когда процессор занят в основном откачкой и подкачкой. Для борьбы с thrashing реализуется стратегия управления рабочими множествами. Рабочее множество – набор фреймов и страниц, используемых процессом.
В Windows NT каждый процесс имеет минимум и максимум элементов рабочего множества. Если объем свободной памяти меньше некоторого критического порога, рабочие множества всех процессов сокращаются.
В системе Solaris имеется пороговое значение для подкачки страниц; управление страницами выполняется на основе модифицированных показаний часов.