ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Для студентов заочного обучения направления 231000 «Программная инженерия»
Иваново 2014
Составил М.Л. СОЛОВЬЕВ
Методические указания к изучению дисциплины “Операционные системы” составлены на основе требований федерального государственного общеобразовательного стандарта высшего профессионального образования Российской Федерации. Предназначены для студентов направления 231000 « Программная инженерия».
Методические указания утверждены цикловой методической комиссией.
Рецензент
Кафедра Программного обеспечения компьютерных систем Ивановского государственного энергетического университета
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Цели и задачи курса
Целью курса является формирование у студентов систематического представления об основах организации и функционирования операционных систем. Объем полученных знаний дает возможность обучаемым эффективно использовать системные средства при работе с компьютерами в широком круге областей производственной и управленческой деятельности.
Задачи курса:
- изучить теоретические основы построения операционных систем, работающих на различных аппаратных платформах;
- изучить основные концепции управления ресурсами вычислительных систем в различных операционных системах;
- получить практические знания для эффективного использования операционных систем.
Студент, изучивший дисциплину “Операционные системы”, должен знать следующее:
1. Теоретические основы организации операционных систем (ОС):
- основная терминология в организации ОС;
- фундаментальные концепции и принципы построения ОС;
- архитектура операционных систем;
- основные концепции организации и управления локальными ресурсами ОС: процессами, основной и внешней памятью, устройствами ввода/вывода;
- особенности построения сетевых операционных систем.
2. Практические сведения о работе с Unix-подобными операционными системами на примере ОС GNU/Linux:
- структура ОС;
- системные вызовы и выполнение кода ядра;
- система команд и интерфейс командной оболочки;
- управление внешними устройствами;
- файловые системы и их монтирование.
3. Практические сведения о работе с мультипрограммными операционными системами на примере графических ОС Windows:
- архитектура;
- организации многозадачности;
- виртуальная память;
- работа с реестром;
- файловые системы;
- работа в сети.
Тематический план курса
| N Темы | Наименование темы | Объем, час. |
| Определение операционной системы, ее роль в функционировании вычислительных систем. Классификация и поколения ОС. История развития ОС. | ||
| Архитектура операционных систем Модульная структура ОС. Ядро и его функции. Вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном режиме. Многослойная структура ОС. Переносимость ОС. Микроядерная архитектура ОС, ее достоинства и недостатки. Совместимость операционных систем. | ||
| Основные концепции управления ресурсами ОС 1. Управление процессами. Понятие процесса. Состояние процесса и операции над процессами. Описатели процесса. Основные принципы планирования. Приоритеты. Асинхронные параллельные процессы. Взаимоисключения и их реализация. Семафоры. Проблемы тупиков. 2. Управление памятью. Физическая память и стратегии ее управления. Связное и несвязное распределение памяти. Защита памяти. Организация виртуальной памяти. Страницы и сегменты. Механизм преобразования виртуальных адресов в реальные. Управление виртуальной памятью. 3. Кэширование данных. Принцип действия кэш-памяти. Проблема согласования данных. Способы отображения основной памяти на кэш. 4. Управление внешней памятью. Введение в планирование работы с жесткими дисками. Виды планирования. Физическая организация и адресация файлов. | ||
| Операционные системы Unix/Linux 1. Начальные сведения о работе в среде Unix. Окружение пользователя. Интерфейс командной оболочки. 2. Файловые системы Linux. Имена и типы файлов. Права доступа к файлу. 3. Создание и монтирование файловых систем. Структура дискового раздела. 4. Структура системы и ядро классической Unix. Системные вызовы и выполнение кода ядра. Управление устройствами. Управление процессами. | ||
| Операционные системы Windows 1. Архитектура ОС Windows. 2. Кольца защиты. 3. Системная виртуальная машина. 4. Слой Windows API и системные файлы. 5. Низкоуровневые компоненты ОС. 6. Поддержка Plug and Play. 7. Организация многозадачности. 8. Реестр ОС Windows. 9. Обеспечение совместимости ОС Windows с предыдущими версиями. 10. Последовательность загрузки Windows. 11. Виртуальная память. Распределение памяти. 12. Файловые системы Windows. 13. Организация доступа к файловой системе. | ||
| Всего часов | ||
| Контрольных работ |
Литература
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер, 2002.
2. Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. - СПб.: Питер, 2001.
3. Таненбаум Э. Современные операционные системы. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2002.
4. Таненбаум Э., Вудхалл А. Операционные системы: разработка и реализация. – СПб.: Питер, 2005.
5. Соломон Д., Руссинович М. Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP и Windows 2000. Мастер-Класс. – СПб.: Питер, М. Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2008.
6. Нортон П., Мюллер Дж. Полное руководство по Microsoft Windows XP: Пер. с англ.- М.:ДМК Пресс, 2002.-736с.
7. Петерсен Р. Linux. Полное руководство. – BHV, Киев, 2000.
Вопросы для самоконтроля и выполнения контрольных заданий
Часть 1. История, архитектура, основные концепции организации и функционирования ОС
- Определение операционной системы. Классификация ОС. Основные этапы в истории развития ОС.
- Архитектура операционной системы.Основные модули в структуре ОС. Многослойная структура ОС.
- Ядро ОС и его функции. Ядро в привилегированном режиме. Вспомогательные модули ОС.
- А ппаратная зависимость и переносимость ОС. Типовые средства аппаратной поддержки ОС.
- Машинно-зависимые компоненты ОС. Условия переносимости операционной системы.
- Микроядерная архитектура ОС, ее достоинства и недостатки.
- Совместимость операционных систем. Множественные прикладные среды.
- Понятие вычислительного процесса и управления процессами. Состояние процесса и операции над процессами. Описатели процесса (контекст процесса, блок управления процессом).
- Асинхронные параллельные процессы. Взаимоисключения и их реализация.
- Синхронизация процессов с помощью семафоров.
- Тупики. Предотвращение, обнаружение и обход тупиков.
- Физическая память и стратегии ее управления. Связное и несвязное распределение памяти. Защита памяти.
- Организация виртуальной памяти. Страничная, сегментная и комбинированная организация виртуальной памяти. Механизм преобразования виртуальных адресов в реальные.
- Управление виртуальной памятью. Основные стратегии. Свойство локальности.
- Кэширование данных. Принцип действия кэш-памяти. Проблема согласования данных.
- Способы отображения основной памяти на кэш. Случайное и детерминированное отображение.
- Основные уровни планирования при управлении процессами. Цели и критерии планирования.
- Основные принципы планирования при управлении процессами. Приоритеты. Планирование с переключением и без переключения.
- Введение в планирование работы с жесткими дисками. Виды планирования.
- Физическая организация и адресация файлов. Способы организации файлов.