Содержание курса Модуль 1. Системное программное обеспечение

1.1. Введение. Понятие и классификация операционных систем. Виды архитектурных решений.

Классификация программного обеспечения, местоположение, назначение и классификация операционных систем (ОС). Универсальные и специализи-рованные ОС. Одно- и многопользовательские, одно- и мультипрограммный режимы работы ОС. Структура операционных систем. Варианты построения операционных систем для SMP, NUMA и кластерных вычислительных систем. Архитектура ядер ОС. ОС с монолитным ядром и микроядерные ОС. Состав и назначение подсистем ядра ОС. Монолитные ОС. Операционные среды. Особенности ОС реального времени (характеристики, параметры).

1.2. Управление процессами. Уровни управления, учет процессов, организация доступа к разделяемым ресурсам, дисциплины диспетчеризации.

Характеристики процессов. Задачи по управлению процессами. Управление заданиями. Учет процессов. Долгосрочное планирование как механизм разделения доступа к ресурсам. Состояния и диаграммы изменения состояния процессов. Краткосрочной планирование процессов. Дисциплины диспетчеризации процессов. Многопоточная структура процессов.

1.3. Управление памятью. Задачи управления, методы распределения памяти, виртуальная память и механизмы страничной и сегментной организации памяти.

Назначение, задачи и методы построения подсистемы управления памятью. Методы адресации и распределения памяти, поддерживаемые различными микропроцессорными семействами. Сегментная организация памяти. Страничная организация. Варианты загрузки программ. Оверлейные системы. Виртуальная память.

1.4. Организация ввода-вывода. Виртуализация устройств, драйверы, диспетчеризация операций.

Методы взаимодействия системного программного обеспечения с аппаратурой. Механизм запросов на прерывания. Прямой доступ к памяти. Буферизация операций ввода-вывода. Виртуализация и драйверы устройств ввода-вывода. Режимы работы устройств.

1.5. Файловые системы. Классификация, основные характеристики. Распределение дискового пространства. Локальные и распределенные файловые системы.

Классификация и параметры файловых систем (универсальные и специализированные файловые системы, файловый системы с журналированием, псевдо-файловые системы). Структура данных на носителях. Примеры файловых систем. Методы организации распределенных файловых систем сетевых ОС. Защита и ограничение доступа.

Основная литература к модулю 1: [1].

Дополнительная литература к модулю 1: [9].

Контрольные вопросы к модулю 1 «Операционные системы»

1. Какие классификационные признаки можно использовать при классифи-кации операционных систем?

2. К какому классу (классам) программного обеспечения относятся операци-онные системы?

3. Приведите примеры универсальных и специализированных операционных систем.

4. По какому критерию можно определить: что данная операционная система является многозадачной?

5. В чем заключается основное отличие многопользовательских систем от однопользовательских?

6. Может ли однозадачная операционная система являть одновременно и многопользовательской?

7. В чем заключается суть выполнения задач в режиме разделения времени?

8. Возможна ли операционная система, относящаяся к классу многозадачных, но не использующая режим разделения времени?

9. Какие основные подсистемы можно выделить в составе ядра операционной системы?

10. В чем заключаются особенности операционных систем, предназначенных для вычислительных машин класса NUMA?

11. С какой целью создаются и используются кластерные системы?

12. В чем заключаются преимущества (если таковые имеются) микроядерной архитектуры перед монолитными ядрами операционных систем?

13. Сформулируйте отличия операционной системы от операционной среды. Приведите примеры операционных сред.

14. Каким требованиям должна удовлетворять операционная система, чтобы ее можно было отнести к классу систем реального времени?

15. Сформулируйте основные задачи, решаемые подсистемой управления памятью?

16. В чем заключаются отличия перемещающей загрузки программ от неперемещающей?

17. Возможно ли создание многозадачной операционной системы, не ис-пользующей перемещающую загрузку программ?

18. Сравните эффективность использование ресурсов вычислительной сис-темы при применении технологии оверлеев и при реализации виртуальной памяти.

19. Чем ограничивается объем виртуальной памяти?

20. На какие уровни могут быть классифицированы задачи, связанные с управлением процессами?

21. Дайте определение процесса?

22. Сформулируйте отличия процесса от потока управления (нити).

23. Охарактеризуйте простейшие механизмы диспетчеризации процессов.

24. В чем состоят отличия кооперативной и вытесняющей моделей органи-зации мультипрограммного режима работы системы?

25. Какие механизмы (технологии) используются для организации взаимо-действия с периферийными устройствами?

26. Применение какого механизма взаимодействия с периферией позволяет избежать «занятого ожидания»?

27. Почему механизм прямого доступа к памяти практически всегда используется совместно с механизмом запросов на прерывания?

28. В чем заключается концепция виртуализации устройств ввода-вывода?

29. Что такое «триггерная беферизация»?

30. Опишите структуру драйвера устройств ввода-вывода.

31. Объясните термин «файловая система».

32. Какие классификационные признаки могут использоваться относительно файловых систем?

33. Может ли на одном носителе быть несколько «файловых систем»? Допустима ли обратная ситуация?

34. Приведите примеры специализированных файловых систем.

35. Объясните термин «файловая система с частичным журналированием»?

36. Что называют суперблоком файловой системы?

37. С какой целью может создаваться и использоваться псевдофайловая система?

38. Каким образом производится разбиение одного физического накопителя на набор логических томов?

39. В чем заключается эффект внутренней фрагментации файловых систем?

40. Какая из следующих файловых систем, на ваш взгляд, более подходит для использования в реальном масштабе времени: FAT16 или NTFS?