2010. Программа курса ОС

Операционные системы2 курс, 3-й семестр(лекции 48 часов)экзаменпрактикум на ЭВМ 64 часазачет (с оценкой)Кафедра, отвечающая за курс: АСВКСоставители программы: проф. Машечкин И.В., доц. Терехин А.Н.Лекторы: проф. Машечкин И.В., доц. Терехин А.Н.Программа курса:ВВЕДЕНИЕ.Этапы развития вычислительной техники и программного обеспечения.Основы архитектуры вычислительной системы.Структура вычислительной системы: аппаратный уровень ВС, управлениефизическими ресурсами ВС, управление виртуальными ресурсами ВС, операционнаясистема, системы программирования, прикладные системы.Основы компьютерной архитектуры.Структура. Основные компоненты: оперативное запоминающее устройство,центральный процессор, КЭШ память, аппарат прерываний, типы внешних устройств.Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами. Организацияуправления внешними устройствами.

Иерархия памяти. Аппаратная поддержка ОС исистемпрограммирования.Требованиякаппаратуредляподдержкимультипрограммного режима. Виртуальная память. Модельный пример организациистраничной виртуальной памяти. Организация регистровой памяти ЦП.Многомашинные, многопроцессорные ассоциации. Классификация архитектур поМ.Флину. Терминальные комплексы. Линии связи. Каналы. Компьютерные сети.Организация сетевого взаимодействия.

Эталонная модель ISO/OSI. Протокол,интерфейс, стек протоколов. Логическое взаимодействие сетевых устройств. Семействопротоколов TCP/IP, соответствие модели ISO/OSI. Взаимодействие между уровнямипротоколов семейства TCP/IP. IP-адресация.Основы архитектуры операционных систем.Базовые понятия – процесс, ресурс. Структура ОС. Ядро. Системные вызовы.Примеры структурной организации ОС – монолитные, микроядерные ОС. Логическиефункции ОС.

Управление процессами. Управление устройствами. Управлениеданными. Задачи планирования. Типы ОС: пакетные ОС, ОС разделения времени, ОСреального времени. Сетевые, распределенные ОС.УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ.Основные концепции.Определение процесса. Модельная ОС. Жизненный цикл, состояния процесса.Модель пакетной однопроцессной ОС, модель пакетной мультипроцессной системы.2Модель ОС с разделением времени. Основные типы процессов.

“Полновесныепроцессы”. ”Легковесные процессы”. Контекст процесса.Реализация процессов в ОС UNIX.Определение. Контекст процесса. Тело процесса. Аппаратный контекст.Системный контекст. Состояния процесcа. Аппарат системных вызовов в ОС UNIX.Базовые средства управления процессами в ОС UNIX(fork(),exec(),wait(),exit()…).Инициализация системы – формирование нулевого и первого процессов.Планирование.Совокупность задач планирования. Планирование очереди процессов на началообработки. Планирование распределения времени ЦП между процессами – основныеподходы: вытесняющие и невытесняющие стратегии; алгоритмы, основанные наквантовании (простой круговорот, алгоритмы с изменяющимся квантом времени ит.д.); алгоритмы, использующие приоритет (планирование по наивысшему приоритету,понятие относительного и абсолютного приоритета, класс алгоритмов, использующихлинейно (нелинейно) изменяющийся приоритет, очереди с обратной связью (неявныйприоритет)); смешанные алгоритмы планирования.

Особенности планирования всистемах реального времени (полное тестирование всевозможных сценариев,построение статического расписания, выбор математически просчитанного алгоритмадинамического планирования). Общие критерии для сравнения алгоритмовпланирования. Примеры: организация планирования времени ЦП в ОС UNIX,WINDOWS NT. Организация планирования своппинга в ОС UNIX. Планированиеобработки прерываний (неупорядочная, упорядоченная обработка). Организацияпланирования обработки прерываний в ОС WINDOWS NT. Планирование очередизапросов на обмен.Взаимодействие процессов.Взаимодействие параллельных процессов и их синхронизация.

Классификациясредств межпроцессного взаимодействия.Разделяемые ресурсы и синхронизация доступа к ним. Взаимное исключение.Тупики. Некоторые способы реализации взаимного исключения: семафоры Дейкстры,мониторы, обмен сообщениями. Классические задачи синхронизации процессов:“обедающие философы”, “читатели и писатели”, “спящий парикмахер”.РЕАЛИЗАЦИЯ МЕЖПРОЦЕССНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ в OC UNIX.Базовые средства реализации взаимодействия процессов в ОС UNIX.Сигналы. Работа с сигналами.

Примеры программирования (signal(),kill())Неименованные каналы. Особенности организации операций чтения/записи. Примерыпрограммирования (pipe(),dup(),read(),write()). Именованные каналы (FIFO). Примерыпрограммирования (mkfifo()). Взаимодействие процессов по схеме “подчиненный –главный”. Общая схема трассировки процессов.IPC – система межпроцессного взаимодействия.3Общие концепции. Проблема именования разделямых объектов. Объекты IPC.Очередь сообщений (создание, доступ, управление). Разделяемая память (создание,доступ, управление).

Массив семафоров (создание, доступ, управление).Сокеты – унифицированный интерфейс программирования распределенныхсистем.Типы сокетов. Коммуникационный домен. Датаграммное соединение.Соединение с использованием виртуального канала. Схема работы с сокетами сустановлением соединия. Схема работы с сокетами без установления соединения.ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ.Основные концепцииСтруктурная организация файлов. Атрибуты файлов. Основные правила работы сфайлами. Типовые программные интерфейсы работы с файлами.

Подходы впрактической реализации файловой системы. Модели реализации файлов. Понятиеиндексного узла (дескриптора). Модели реализации каталогов. Взаимнооднозначноесоответствие имени файла и содержимого файла. Координация использованияпространства внешней памяти. Квотирование пространства файловой системы.Надежность файловой системы. Проверка целостности файловой системы.Примеры реализаций файловых систем.Организация файловой системы ОС UNIX. Виды файлов. Права доступа.Логическая структура каталогов.

Внутренняя организация ФС. Модель версииSYSTEM V – суперблок, область индексных дескрипторов, блоки файлов. Работа смассивами номеров свободных блоков. Индескный дескриптор. Работа массивомсвободных индексных дескрипторов. Адресация блоков файла. Файл каталог.Достоинства и недостатки реализации.Модель версии FFS BSD. Стратегия размещения. Внутренняя организация блоков.Алгоритм выделения простанства для файла.

Структура каталога FFS.УПРАВЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТЬЮ.Базовые концепции, задачи и стратегии управления оперативной памятью. Организацияуправления памятью при:- одиночном непрерывном распределении;- распределении разделами;- распределении перемещаемыми разделами;- страничном распределении (таблица страниц, TLB, иерархическая организация таблицыстраниц, хэширование таблицы страниц, инвертированные таблицы станиц, алгоритмызамещения страниц);- сегментном распределении;- сегментно-страничном распределении.Кэширование данных при управлении оперативной памятью.УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ.Общие концепции.4Архитектура организации управления внешними устройствами. Программноеуправление внешними устройствами. Драйверы физических и логических устройств.Буферизация обмена.

Планирование дисковых обменов. Примеры алгоритмов. RAIDсистемы. Уровни RAID.OC UNIX – работа с внешними устройствами.Файлы устройств, драйверы. Системные таблицы драйверов устройств. Ситуации,вызывающие обращения к функциям драйвера. Включение, удаление драйверов всистему. Организация обмена данных с файлами. Пример. Буферизация приблокоориентированном обмене.

Борьба со сбоями.Список литературы1. В. Столлингс, «Операционные системы. Внутреннее устройство и принципыпроектирования», 4 изд. Вильямс, М., 2002г. (ISBN 5-8459-0310-6 страниц:843)2. Э. Таненбаум, «Современные операционные системы», Питер, -СПб.:, 2002 г.(ISBN 5-318-00299-4, страниц: 1040)3. Э. Таненбаум, «Архитектура компьютеров», -СПб.: Питер, 2002 г. (ISBN 5318-00298-6, страниц: 704)4. Б. Керниган, Д. Ритчи, «Язык программирования Си», 3 изд, -СПб.: «НевскийДиалект», 2001 г. (ISBN 5-7940-0045-7, страниц: 352)5.