708

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА»

Кафедра вычислительной техники и информационных систем

Операционные системы

методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки

09.03.02 - Информационные системы и технологии

Воронеж 2016

УДК 004.451

Соловей Д.Е. «Операционные системы» [Текст]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 09.03.02 - Информационные системы и технологии / Д.Е. Соловей; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. МОРОЗОВА». – Воронеж, 2016. –

10 с.

Методические указания разработаны в соответствии с решением кафедры вычислительной техники и информационных систем

Составитель: к.т.н., доцент каф. ВТ и ИС Д.Е. Соловей

Методические указания утверждены на заседании кафедры ВТ и ИС 13.01.2016 г., протокол № 7.

2

3

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Дисциплина «Операционные системы» относится к дисциплинам вариативной части учебного плана и предусматривает чтение лекций,

проведение лабораторных работ, коллоквиумов и различного рода консультаций.

Целью изучения курса учебной дисциплины «Операционные системы» являются: изучение фундаментальных понятий и общих принципов организации и функционирования современных операционных систем (ОС),

практическое овладение базовыми функциональными возможностями ОС,

средствами их конфигурирования, мониторинга и защиты, знакомство с основными стандартами, действующими в области разработки системного программного обеспечения.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать: принципы построения операционных систем, структуру вычислительных процессов, средства управления ресурсами вычислительной системы и особенности их реализации с помощью ОС, основные функции ОС и операционных (командных) оболочек, модели и укрупненные алгоритмы управления процессами, памятью, вводом-выводом,

планирования заданий пользователей, методы и средства защиты программных систем, основные стандарты в области разработки системного программного обеспечения;

уметь: работать в среде современных ОС, используя возможности графического интерфейса и режима командной строки, выполнять установку и настройку параметров ОС, использовать служебные программы для мониторинга, обеспечения информационной безопасности и оптимизации работы ОС, использовать методы и средства анализа функционирования системных компонентов для создания надежного программного обеспечения;

владеть: навыками использования современных методов и средств представления данных и знаний о предметной области, методов и средств анализа операционных систем, технологиями реализации, внедрения

4

компонентов операционной системы; моделями и средствами разработки архитектуры операционных систем; технологиями построения и сопровождения операционных систем; методами и средствами проектирования, модернизации и модификации операционных систем.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Раздел 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС И ЕГО

РЕАЛИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ОС. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ОС И ОПЕРАЦИОННЫХ ОБОЛОЧЕК. СТАНДАРТНЫЕ СЕРВИСНЫЕ

ПРОГРАММЫ

Понятие операционной системы и цели ее работы. Компоненты вычислительной системы. Общая картина функционирования вычислительной системы. Понятия операционной системы и операционной

(командной) оболочки. Основные свойства и функции операционных систем и операционных оболочек. Ретроспективный анализ и тенденции развития операционных систем. Поколения ОС. Критерии и общая классификация ОС.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ

НЕЗАВИСИМЫЕ СВОЙСТВА ОС

Понятие архитектуры операционной системы. Методы структурирования операционных систем: монолитное ядро, многоуровневая модульная структура, микроядро, распределенная структура. Машинно-

зависимые свойства ОС (обработка прерываний, планирование процессов,

обслуживание ввода-вывода, управление реальной и виртуальной памятью).Машинно-независимые свойства ОС (работа с файлами,

планирование заданий, распределение ресурсов, защита).

Проблема переносимости (мобильности) ОС (стандарт POSIX).

Особенности реализации ОС как сложных программных систем.

5

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 3. УПРАВЛЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМИ ПРОЦЕССАМИ. СПОСОБЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ЗАДАНИЙ

ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

Понятие процесса. Операции над процессами. Жизненный цикл процесса и описывающая его диаграмма состояний. Структуры данных процесса. Понятие контекста процесса. Переключение контекста.

Взаимодействие процессов и механизмы его реализации. Сигналы и сообщения. Иерархия процессов. Особенности реализации процессов в ОС семейств Windows и Unix.

Планирование и диспетчеризация выполнения процессов и потоков.

Асинхронное параллельное выполнение Проблемы синхронизации параллельных процессов и потоков. Состояние состязания процессов.

Критические области. Проблема взаимоисключения процессов и потоков.

Программные и аппаратные способы ее решения. Алгоритмы Деккера,

Питерсона и Лэмпорта. Реализация взаимоисключения с помощью семафоров Дейкстры. Мьютексы. Мониторы. Классические задачи межпроцессного взаимодействия (задачи об обедающих философах, о

читателях и писателях, о спящем брадобрее).

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 4. УПРАВЛЕНИЕ РЕАЛЬНОЙ (ФИЗИЧЕСКОЙ) И

ВИРТУАЛЬНОЙ ПАМЯТЬЮ

Требования к управлению памятью. Иерархия памяти. Распределение памяти. Адресное пространство процесса. Страничная организация виртуальной памяти. Трансляция виртуальных адресов.

Подкачка страниц. Стратегии реализации подкачки страниц.

Структуры данных (таблицы), используемые ОС для управления памятью.

Примеры реализации механизма виртуальной памяти для различных компьютерных архитектур.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

6

Раздел 5. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ФАЙЛОВЫМИ

СИСТЕМАМИ

Файлы. Архитектура файловой системы. Система управления файлами.

Функции управления файлами. Организация доступа к файлам. Совместное использование файлов. Права доступа к файлам. Разделяемый доступ к файлам.

Управление файлами в ОС семейств Windows и Unix.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 6. УПРАВЛЕНИЕ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ

Типы устройств ввода-вывода (блочные и символьные устройства).

Методы доступа. Организация функций ввода-вывода. Буферизация операций ввода-вывода.

Планирование процессов ввода-вывода. Стандарт RAID и его реализация в современных вычислительных системах. Реализация ввода-

вывода в ОС семейства Windows и Unix.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Понятие распределенной вычислительной системы. Архитектура

«клиент-сервер». Распределенная передача сообщений. Вызов удаленных процедур. Особенности управления распределенными процессами.

Сетевые ОС. Кластеры. Архитектура кластерных систем. Примеры кластерных систем.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 8. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА

ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ. СОХРАННОСТЬ И ЗАЩИТА

ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ

Понятие информационной безопасности. Угрозы информационной безопасности и их классификация. Защита компьютерных систем. Основы криптографии. Шифрование с секретным и открытым ключами. Цифровые

7

подписи. Аутентификация пользователей с использованием паролей,

физических объектов, биометрических данных. Зловредное программное обеспечение: вирусы, трояны, логические бомбы, Интернет-черви.

Антивирусные программы.

Механизмы защиты операционных систем: домены защиты, списки доступа, перечни возможностей. Высоконадежные вычислительные системы.

Формальные модели защищенных систем. Многоуровневая защита.

Оранжевая книга безопасности. Безопасность в ОС семейств Windows и Unix.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

Раздел 9. ИНТЕРФЕЙСЫ И ОСНОВНЫЕ СТАНДАРТЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ОС

Понятие и виды интерфейса ОС. Принципы разработки интерфейса ОС. Парадигмы интерфейса пользователя. Интерфейс системных вызовов.

Объектно-ориентированный подход к разработке ОС. Основные понятия и принципы объектно-ориентированного проектирования. Понятие инженерии программного обеспечения.

Литература: 1, 2 Осн, 1, 2 Доп

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Тема 1 Знакомство с операционной системой семейства Unix. Команды получения справочной информации

Литература 1 Осн. 3 Доп

Тема 2 Повседневная работа в командном интерпретаторе. Файлы и основные команды

Литература 2 Осн, 1, 3 Доп

Тема 3. Команды работы с каталогами

Литература 2 Осн., 3 Доп

Тема 4 : Основные команды работы с файлами

Литература 1 Доп., 3 Доп

8

Тема 5 Архивирование и сжатие файлов

Литература 1 Осн,1 Доп., 3 Доп

Тема 6 Команды управления процессами

Литература 1 Осн, 3 Доп

Тема 7 Пользователи и группы

Литература 1 Осн, 3 Доп

Тема 8 Переменные командного интерпретатора bash

Литература 1 Осн, 3 Доп

Тема 9 Мониторинг аппаратного обеспечения

Литература 1 Осн, 3 Доп

Тема 10 Программные каналы и потоки

Литература 1 Осн, 3Доп

4. ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ Тема 1. Ретроспективный анализ и тенденции развития операционных

систем. Поколения ОС

Литература: 1 Доп

Тема 2. Особенности архитектуры ОС.

Литература: 1 Доп

Тема 3 Планирование и диспетчеризация. Критерии планирования и основные алгоритмы планирования

Литература: 1 Доп

Тема 4 Взаимодействие и синхронизация процессов и потоков

Литература: 2 Доп

Тема 5 Примеры реализации механизма виртуальной памяти для различных компьютерных архитектур

Литература: 1 Доп

Тема 6 Реализация ввода-вывода в ОС семейства Windows и Unix

Литература: 3 Доп

Тема 7 Управление файлами в ОС семейств Windows и Unix.

9

Литература: 2 Осн

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Основная литература

1.Замятин А. В. Операционные системы [Электронный ресурс]:

учеб. пособие / А. В. Замятин. - Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2011. - 281 с. - ЭБС "Единое окно".

2.Н. А. Олифер, В. Г. Олифер. Сетевые операционные системы:

учебное пособие. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://window.edu.ru/resource/252/34252. – Загл. с экрана. - ЭБС "Единое

окно".

Дополнительная литература:

1.Назаров С. В. Операционные среды, системы и оболочки.

Основы структурной и функциональной организации [Текст] : рек. УМО по образованию в качестве учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений /

С. В. Назаров. - М. : КУДИЦ-ПРЕСС, 2007. - 504 с.

2. Синицын С. В. Операционные системы [Текст] : рек. УМО по образованию в обл. прикладной информатики в качестве учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика (по областям)" и другим экон. специальностям / С. В. Синицын,

А. В. Батаев, Н. Ю. Налютин ; С. В. Синицын, А. В. Батаев, Н. Ю. Налютин. -

М. : Академия, 2010. - 304 с

3.Соловей, Д. Е. Операционные системы [Электронный ресурс] :

методические указания к выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки 230400 – Информационные системы и технологии /

Д. Е. Соловей; ВГЛТА. - Воронеж, 2015.

4.Соловей, Д. Е. Операционные системы [Электронный ресурс] :

методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов по направлению подготовки 09.03.02 – Информационные системы и технологии

/ Д. Е. Соловей; ВГЛТУ. - Воронеж, 2016.

10