Операционные системы и среды

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный университет»

Рубцовский институт (филиал)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДЫ

Специальность – 230103.51 Автоматизированные системы обработки информации и управления (в промышленности, в бюджетных отраслях)

Форма обучения – очная

Срок освоения ОПОП – нормативный

Кафедра – математики и прикладной информатики

Рубцовск - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА. 4

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 6

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 8

3.1 Обязательный минимум содержания образовательной программы (выписка из ГОС) 8

3.2 Содержание разделов учебной дисциплины. 8

4. МАТЕРИАЛЫ К ПРОМЕЖУТОЧНОМУ И
ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ.. 16

4.1. Темы контрольных работ. 16

4.2. Примерный перечень экзаменационных вопросов. 18

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ.. 26

5.1 Самостоятельная работа студентов. 26

5.2 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. 27

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 29

7. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ 31

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дисциплина «Операционные системы и среды» является одной из важнейших дисциплин общепрофессионального цикла при подготовке кадров в области информатики, вычислительной техники и компьютерных технологий и имеет своей целью приобретение знаний и навыков, необходимых для профессиональной деятельности будущего специалиста.

Цели освоения дисциплины:

Дисциплина «Операционные системы и среды» имеет цель создать у слушателей фундаментальные представления о принципах организации и функционирования современных вычислительных систем, позволяющих им создавать среды, распределять ресурсы, обеспечивать пользователя и прикладные программы необходимыми сервисами, а также организовывать сетевую работу, поддерживать файловую систему, защищать информацию, данные и прикладные программы от попыток их несанкционированного использования и многое другое.

Задачи дисциплины:

–  приобретение студентами знаний по теоретическим основам построения современных операционных систем, упорядочивание сложившейся терминологии в этой области;

–  освоение и приобретение основных навыков работы с операционными системами MS DOS, Windows XP, Linux, оболочками FAR.;

–  разъяснение роли и ответственности руководителя при принятии.

Требования к уровню изучения

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать

–  Основные понятия, функции и типы ОС.

–  Абсолютные и относительные загрузки.

–  Защищенность и отказоустойчивость ОС.

–  Пользовательские и ядерные нити.

–  Монтирование файловых систем.

–  Ошибки ОС.

уметь

–  Администрировать операционную систему.

–  Устанавливать и сопровождать ОС.

–  Управлять оперативной памятью.

–  Работать с виртуальной памятью

–  Работать с драйверами внешних устройств.

–  Обрабатывать ошибки и исключения.

–  Отлаживать безопасность ОС.

Дисциплина «Операционные системы и среды» относится к циклу «Общепрофессиональные дисциплины» (ОПД.02).

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данного курса:

«Информатика», «Архитектура ЭВМ и вычислительных сетей», «Основы алгоритмизации и языки программирования».

Программа предусматривает различные формы работы со студентами: проведение лекционных занятий и лабораторных работ, в качестве промежуточного контроля знаний проведение компьютерного тестирования.

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

(распределение часов курса по разделам и видам работ)

Очная форма обучения

Дидактические единицы (ДЕ)	Наименование разделов	Максимальная нагрузка студентов, час.	Количество аудиторных часов при очной форме обучения	Самостоятельная работа студентов, час.
Лекции	Семинары	Лабораторные работы
1	2	3	4	5	6	7
ДЕ 1 Основы теории операционных систем	1. Общие сведения об операционных системах.	2	2
2. Интерфейс пользователя.	6	4			2
3. Операционное окружение.	4	4
Промежуточный контроль	Контрольная работа
ДЕ 2 Машинно-зависимые свойства операционных систем	5. Архитектурные особенности модели микропроцессоров архитектуры x86	4	4
5. Обработка прерываний	8	4			4
6. Планирование процессов	6	4			2
7. Обслуживание ввода-вывода	8	4			4
8. Управление реальной памятью	4	4
9. Управление виртуальной памятью	6	4			2
Промежуточный контроль	Контрольная работа
ДЕ 3 Машинно-незави­симые свойства операционных си­стем	10. Работа с файлами	8	4			4
11. Планирование заданий	4	4
12. Распределение ресурсов	4	4
13. Защищенность и отказоустойчивость операционных систем	4	4
Промежуточный контроль	Контрольная работа
ДЕ 4 Работа в операционных системах и средах	14. Структура операционной системы	6	2		4
15. Интерфейс пользователя	4			4
16. Организация хранения данных	8			8
17. Средства управления и обслуживания	8			8
18. Утилиты операционной системы	8			8
19. Поддержка приложений других операционных систем	2			2
ДЕ 5 Общие концепции разработки ОС	20. Основные принципы построения операционных систем	6	4			2
21. Принципы построения системных и прикладных программных интерфейсов	4	4
22. Установка и сопровождение операционных систем	6			6
Промежуточный контроль	Контрольная работа
Итоговый контроль	Экзамен
Итого часов	120	60		40	20

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1 Обязательный минимум содержания образовательной программы (выписка из ГОС)

·  понятие, основные функции, типы операционных систем;

·  операционное окружение;

·  машинно-зависимые свойства операционных систем: обработка прерываний, планирование процессов, обслуживание ввода-вывода, управление виртуальной памятью;

·  машинно-независимые свойства операционных систем: работа с файлами, планирование заданий, распределение ресурсов;

·  защищенность и отказоустойчивость операционных систем;

·  принципы построения операционных систем;

·  особенности работы в конкретной операционной системе;

·  файловая структура;

·  стандартные программы операционной системы;

·  поддержка приложений других операционных систем;

·  способы организации поддержки устройств;

·  драйверы оборудования;

·  понятие, функции и способы использования программного интерфейса операционной системы;

·  виды пользовательского интерфейса;

·  установка и сопровождение операционных систем;

3.2 Содержание разделов учебной дисциплины

ДЕ 1 «Основы теории операционных систем»

Раздел 1. Общие сведения об операционных системах.

Аудиторное изучение: Понятие, основные функции, типы операционных систем. Состав, взаимодействие основных компонентов операционной системы.

Требования к знаниям: Студент должен знать понятие ОС, основные функции ОС, место расположения ОС в иерархической структуре программного и аппаратного обеспечения компьютера.

Раздел 2. Интерфейс пользователя.

Аудиторное изучение: Понятие программного интерфейса, его назначение. Виды интерфейсов. Языки взаимодействия пользователя с операционной системой. Стандартные сервисные программы поддержки интерфейса.

Самостоятельное изучение: Операционные оболочки DOS. Windows 3.1. Графический интерфейс пользователя. OS/2.

Требования к знаниям: Студент должен знать виды языков взаимодействия пользователя с операционной системой.

Раздел 3. Операционное окружение.

Аудиторное изучение: Понятие операционного окружения, состав, назначение. Стандартные сервисные программы поддержки операционного окружения. Понятие базовой машины, расширенной машины. Режим пользователя, режим супервизора.

Требования к знаниям: Студент должен знать понятие операционного окружения; услуги, предоставляемые операционным окружением.

ДЕ 2 «Машинно-зависимые свойства операционных систем»

Раздел 4. Архитектурные особенности модели микропроцессоров архи-тектуры x86.

Аудиторное изучение: Упрощенная архитектура микропроцессоров x86. Структура оперативной памяти. Адресация. Основные регистры. Форматы данных и команд. Операционная система как средство управления ресурсами вычислительной машины.

Требования к знаниям: Студент должен знать архитектуру процессоров семейства x86;

Раздел 5. Обработка прерываний.

Аудиторное изучение: Понятие прерывания. Последовательность действий при обработке прерываний. Классы прерываний. Рабочая область прерываний. Вектор прерывания. Стандартные программы обработки прерываний. Приоритеты прерываний. Вложенные прерывания.

Самостоятельное изучение: Средства защиты от прерываний. Различные варианты обслуживания прерываний. Супервизор прерываний.

Требования к знаниям: Студент должен знать принципы обработки прерываний;

Раздел 6. Планирование процессов

Аудиторное изучение: Понятия: задание, процесс, планирование процесса. Состояния существования процесса. Диспетчеризация процесса. Блок состояния процесса. Алгоритм диспетчеризации. Способ выбора процесса для диспетчеризации. Понятие события. Блок состояния события. Механизм установления соответствия между процессом и событием.

Требования к знаниям: Студент должен знать состояния процессов и алгоритмы обработки процессов;

Самостоятельное изучение: Генеалогический лес процессов. Рождение процесса. Загрузка процесса. Завершение процессов.

Раздел 7. Обслуживание ввода-вывода

Аудиторное изучение: Организация побайтного ввода-вывода. Организация ввода-вывода с использованием каналов ввода-вывода. Последовательность операций, выполняемых каналом ввода-вывода. Канальная программа. Вовлечение операционной системы в управление вводом-выводом. Рабочая область канала ввода-вывода. Очередь запросов на ввод-вывод. Алгоритм обработки прерываний по вводу-выводу. Пример управления вводом-выводом. Способы организации поддержки устройств. Драйверы оборудования.

Самостоятельное изучение: Блокирующиеся, неблокирующиеся и асинхронные системные вызовы. Буферизация и кэширование. Spooling и захват устройств.

Требования к знаниям: Студент должен знать способы организации ввода-вывода; алгоритмы управления вводом-выводом.

Раздел 8. Управление реальной памятью

Аудиторное изучение: Механизм разделения центральной памяти. Разделение памяти на разделы. Распределение памяти с разделами фиксированного размера. Распределение памяти с разделами переменного размера. Аппаратные и программные средства защиты памяти. Способы защиты памяти. Проблема фрагментации памяти и способы ее разрешения.

Требования к знаниям: Студент должен знать механизмы управления реальной памятью; средства и способы защиты реальной памяти.

Раздел 9. Управление виртуальной памятью

Аудиторное изучение: Понятие виртуального ресурса. Отображение виртуальной памяти в реальную. Общие методы реализации виртуальной памяти. Размещение страниц по запросам. Страничные кадры. Таблица отображения страниц. Динамическое преобразование адресов. Сегментная организация памяти.

Самостоятельное изучение: Странично-сегментное распределение памяти. Свопинг.

Требования к знаниям: Студент должен знать общие методы реализации виртуальной памяти.

ДЕ 2 «Машинно-независимые свойства операционных систем»

Раздел 10. Работа с файлами.

Аудиторное изучение: Файловая структура. Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы. Логическая организация файловой системы. Физическая организация файловой системы. Файловые операции, контроль доступа к файлам. Примеры файловых систем.

Самостоятельное изучение: Отображаемые в память файлы. Современные архитектуры файловых систем.

Требования к знаниям: Студент должен знать задачи ОС по управлению файлами и устройствами; логическую организацию файловой системы; физическую организацию файловой системы; способы организации файловых операций; способы организации контроля доступа к файлам.

Раздел 11. Планирование заданий.

Аудиторное изучение: Введение в планирование. Категории алгоритмов планирования. Задачи алгоритмов планирования. Планирование в системах пакетной обработки данных. Планирование в интерактивных системах. Планирование в системах реального времени.

Требования к знаниям: Студент должен знать принципы планирования заданий.

Раздел 12. Распределение ресурсов..

Аудиторное изучение: Взаимоблокировки. Обнаружение и устранение взаимоблокировок. Избежание взаимоблокировок. Предотвращение взаимоблокировок.

Требования к знаниям: Студент должен знать принципы распределения ресурсов.

Раздел 13. Защищенность и отказоустойчивость операционных систем.

Аудиторное изучение: Основные понятия безопасности. Классификация угроз. Базовые технологии безопасности. Аутентификация, авторизация, аудит.

Отказоустойчивость файловых и дисковых систем. Восстанавливаемость файловых систем. Избыточные дисковые подсистемы RAID.

Требования к знаниям: Студент должен знать способы организации защищенности и отказоустойчивости операционных систем.

ДЕ 4 «Работа в операционных системах и средах»

Раздел 14. Структура операционной системы.

Аудиторное изучение: Структура различных видов операционных систем (MS-DOS, Windows XP, Windows 7, Gentoo Linux). Особенности работы этих операционных систем. Загрузка операционных систем.

Требования к знаниям: Студент должен знать особенности работы в операционной системе MS-DOS, Windows XP, Windows 7, Gentoo Linux.

Раздел 15. Интерфейс пользователя.

Аудиторное изучение Интерфейс пользователя. Приглашение системы. Ввод команд. Запуск и выполнение команд.

Практическое занятие. Изучение работы с командами в операционной системе Windows XP/7.

Требования к умениям. Студент должен уметь работать с интерфейсом командной строки ОС Windows XP/7. Уметь работать с интерфейсом командной оболочки BASH ОС Linux. Уметь пользоваться популярными графическими оболочками KDE, Gnome OC Linux.

Раздел 16. Организация хранения данных.

Аудиторное изучение Работа с файлами и каталогами. Работа с дисками.

Практическое занятие. Работа с файлами и каталогами в различных видах операционных систем (на примере ОС Windows 7 и ОС Gentoo Linux).

Практическое занятие. Работа с дисками в различных видах операционных систем (на примере ОС Windows 7 и ОС Gentoo Linux).

Практическое занятие. Монтирование файловых систем различных типов.

Требования к умениям. Студент должен уметь монтировать файловые системы различных типов; выполнять операции копирования, переноса, переименования, удаления файлов, создавать гибкие и жесткие ссылки на файлы.

Раздел 17. Средства управления и обслуживания.

Аудиторное изучение Пакетные командные файлы. Конфигурирование системы.

Практическое занятие. Работа с пакетными файлами.

Практическое занятие. Шифрующая файловая система.

Практическое занятие. Управление процессами в операционной системе.

Требования к умениям. Студент должен уметь конфигурировать и настраивать операционные системы.

Раздел 18. Утилиты операционной системы.

Аудиторное изучение. Стандартные программы операционной системы. Работа с текстовым редактором. Работа с операционной оболочкой.

Практическое занятие. Работа с текстовым редактором.

Практическое занятие. Работа с архиваторами.

Практическое занятие. Работа с операционными оболочками (Far, Total Commander).

Требования к умениям. Студент должен уметь работать в популярных операционных оболочках, выполнять архивацию файлов и каталогов, распаковывать архивы, работать в текстовых редакторах.

Раздел 19. Поддержка приложений других операционных систем.

Аудиторное изучение. Совместное использование программ. Эмуляторы операционных систем.

Практическое занятие. Изучение эмуляторов операционных систем.

Требования к умениям. Студент должен уметь устанавливать и настраивать виртуальную машину.

ДЕ 5 «Общие концепции разработки операционных систем»

Раздел 20. Основные принципы построения операционных систем.

Аудиторное изучение: Принцип модульности. Модуль ОС. Ядро ОС. Транзитные программные модули. Принцип функциональной избыточности. Принцип виртуализации. Принцип независимости программ от внешних устройств. Принцип совместимости. Стандарт POSIX. Принцип открытой и наращиваемой ОС. Клиент-серверная и микроядерная архитектура ОС. Принцип мобильности (переносимости). Принцип обеспечения безопасности.

Самостоятельное изучение: Принцип генерируемости ОС

Требования к знаниям: Студент должен знать основные принципы построения операционных систем. Знать какие преимущества даёт реализация принципа функциональной избыточности. Знать в чём заключается принцип независимости программ от внешних устройств. Знать что дает на практике построение ОС с учетом принципа совместимости. Показать практическое значение принципа переносимости ОС.

Раздел 21. Принципы построения системных и прикладных программных интерфейсов.

Аудиторное изучение: Понятие, функции и способы использования программного интерфейса операционной системы. Виды пользовательского интерфейса. Прикладной программный интерфейс. Поддержка приложений других операционных систем.

Требования к знаниям: Студент должен знать для выполнения каких задач предназначены системные и прикладные программные интерфейсы. Знать какие возможности предоставляют разработчику программного обеспечения функции прикладного программного интерфейса.

Раздел 22. Установка и сопровождение операционных систем.

Аудиторное изучение: Планирование жесткого диска для установки ОС. Структура жесткого диска. Именование дисков и разделов в ОС Windows и Linux. Файловые системы Linux.

Требования к знаниям: Студент должен знать правила именования дисков и разделов в ОC семейства Windows и Linux. Назначение каталог в ОC семейства Windows и Linux.

Практическое занятие. Установка и сопровождение операционных систем.

Требования к умениям: Студент должен уметь разбивать жесткий диск на разделы, Устанавливать ОС семейства Windows. Устанавливать ОС Ubuntu (из семейства Linux). Уметь управлять загрузкой ОС. Осуществлять удалённое управление ОС.

Содержание лабораторных занятий

Лабораторная работа №1. Изучение структуры операционной системы

Лабораторная работа №2. Изучение работы с командами в операционной системе Windows XP/7.

Лабораторная работа №3. Работа с файлами и каталогами в различных видах операционных систем (на примере ОС Windows 7 и ОС Gentoo Linux)

Лабораторная работа №4 Работа с дисками в различных видах операционных систем (на примере ОС Windows 7 и ОС Gentoo Linux).

Лабораторная работа №5. Монтирование файловых систем различных типов.

Лабораторная работа №6 Работа с пакетными файлами.

Лабораторная работа №7 Шифрующая файловая система.

Лабораторная работа №8 Управление процессами в операционной системе.

Лабораторная работа №9 Работа с текстовым редактором (Notepad++, Блокнот).

Лабораторная работа №10 Работа с архиваторами (7-zip).

Лабораторная работа №11 Работа с операционными оболочками (Far, Total Commander).

Лабораторная работа №12 Изучение эмуляторов операционных систем.

Лабораторная работа №13-20 Установка и сопровождение операционных систем.

4. МАТЕРИАЛЫ К ПРОМЕЖУТОЧНОМУ И ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ

4.1. Темы контрольных работ

Контрольная работа 1

1.  Охарактеризуйте начальные этапы разработки и развития ОС.

2.  Опишите основные характерные особенности ОС семейства MS-DOS и историю их эволюции.

3.  Какие функции выполняют операционные оболочки, какова их роль в совершенствовании пользовательского интерфейса ОС?

4.  Дайте характеристику ОС семейства UNIX, представьте области практического применения наиболее популярных версий UNIX.

5.  В чем особенности реализации и функционирования сетевых операционных систем компании Novell?

6.  Охарактеризуйте ОС семейства Windows 95/98/ME.

7.  Назовите главные достоинства ОС линии Windows NT.

8.  Какие качества характерны для современных серверных версий ОС Windows?

9.  Перечислите известные специализированные ОС.

Контрольная работа 2

Дайте определение понятиям «вычислительный процесс» и «ресурс». Как классифицируются процессы и ресурсы? Решение каких задач включает в себя планирование процессов? Перечислите виды состояний процессов. Что такое контекст и дескриптор процесса? Каковы возможные причины выхода процесса из состояния выпол-нения? Охарактеризуйте наиболее распространенные алгоритмы плани-рования процессов. В чем заключается сущность алгоритмов планирования процес-сов, основанных на квантовании? Опишите различия между относительными и абсолютными прио-ритетами. Дайте определение понятиям вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Дайте определение понятию «прерывание». Какие этапы реализуются механизмом обработки прерываний? Приведите примеры внешних прерываний. Какими событиями вызываются внутренние прерывания? Поясните понятие программного прерывания. Охарактеризуйте применяемые дисциплины обслуживания преры-ваний. В чем заключается механизм синхронизации процессов? Что такое «критическая область» программы и с какими целями она используется? С помощью каких механизмов осуществляется взаимодействие процессов? В чем различие понятий очередей процессов и взаимоблоки-ровок процессов? Перечислите способы преодоления тупиковых ситуаций при взаи-модействии процессов. Опишите понятие монитора как высокоуровневого средства син-хронизации процессов. В чем различие понятий «процесс» и «поток»? С какой целью в ОС используется механизм потоков («нитий»)?

Контрольная работа 3

Охарактеризуйте существующие методы управления оперативной памятью. Какие способы распределения виртуальной памяти чаще всего применяются, в чем их недостатки и преимущества? Укажите отличие блок-ориентированных устройств ввода-вывода от байт-ориентированных? В чем заключается смысл разбиения программного обеспечения ввода-вывода на несколько уровней? Приведите примеры разделяемых и выделенных устройств ввода-вывода. Опишите механизм прямого доступа устройств к памяти. Дайте определение понятиям «система управления файлами» и «файловая система». Какие функции в операционных системах выполняет система управления файлами? Опишите структуру магнитного диска. Дайте понятие логической организации файлов. Охарактеризуйте наиболее известные способы физической орга-низации файлов. Какие уровни составляют многоуровневую модель функциони-рования файловой системы?

Контрольная работа 4

1.  Перечислите основные принципы построения операционных систем.

2.  Опишите принцип модульности построения ОС.

3.  Охарактеризуйте принцип генерируемости ОС.

4.  Какие преимущества дает реализация принципа функциональной избыточности?

5.  Изложите основные положения принципа виртуализации.

6.  В чем заключается принцип независимости программ от внешних устройств?

7.  Что дает на практике построение ОС с учетом принципа совместимости?

8.  Покажите практическое значение принципа переносимости ОС.

9.  Опишите принципы обеспечения безопасности.

10.  Перечислите и охарактеризуйте основные структурные модели, применяемые при проектировании ОС.

11.  Для выполнения каких задач предназначены системные и прикладные программные интерфейсы?

12.  Какие возможности предоставляют разработчику программного обеспечения функции прикладного программного интерфейса?

13.  Опишите основные варианты реализации функций прикладного программного интерфейса, укажите их достоинства и недостатки.

4.2. Примерный перечень экзаменационных вопросов

Теоретическая часть

  1)  Принципы неймановской архитектуры ЭВМ. Общая структурная схема ЭВМ.

  2)  Системы программирования. Характеристика, виды трансляторов.

  3)  Вирусы. Определение и классификация.

  4)  Структура и основные компоненты ВС

  5)  Методы согласования скоростей доступа и обработки информации различных компонент ВС

  6)  Назначение и основные функции ОС. Управление процессами. Управление подкачкой и буфером ввода - вывода. Управление разделяемыми ресурсами.

  7)  Типы ОС: пакетная, разделения времени, реального времени.

  8)  Определение файла. Типы и атрибуты файлов. Функции ввода – вывода для работы с файлами.

  9)  Структуры файловой системы: определение, характеристики одноуровневой организации файлов непрерывными сегментами, файловой системы с блочной организацией файлов, иерархической файловой системы.

10)  Структура системного диска.

11)  Общее определение ОС. Рассмотреть функции ОС: как расширенная машина и как система управления ресурсами.

12)  Классификация ОС: особенности алгоритмов управления ресурсами (многозадачность, многопользовательский режим, многопроцессорность).

13)  Классификация ОС: особенности аппаратных платформ (большие ЭВМ, сетевые ОС, кластеризация).

14)  Классификация ОС: особенности областей использования (пакетная обработка, разделение времени, системы реального времени).

15)  Базовые концепции построения ОС.

16)  Структура сетевой операционной системы.

17)  Понятие процесса. Состояние процессов. Контекст и дескриптор процесса.

18)  Понятие процесса. Алгоритмы планирования процессов.

19)  Нити управления. Сравнительный анализ нитей и процессов.

20)  Проблема синхронизации процессов. Гонки, критические секции.

21)  Программная реализация взаимоисключений: блокирование, семафоры.

22)  Понятие тупика. Предотвращение тупиков. Алгоритм банкира.

23)  Функции ОС по управлению памятью. Типы адресов. Способы перехода от виртуальных адресов к физическим.

24)  Методы управления памятью. Общая характеристика. Распределение памяти без использования внешней памяти (фиксированными разделами, разделами переменной величины, перемещаемые разделы).

25)  Понятие виртуальной памяти.

26)  Методы управления памятью. Общая характеристика. Распределение памяти с использованием внешней памяти (страничное распределение, сегментное распределение, странично – сегментное распределение, свопинг).

27)  Иерархия запоминающих устройств. Принцип кэширования данных. Понятие пространственной и временной локальности.

28)  Управление вводом – выводом. Физическая организация устройств ввода – вывода. Блок и байт – ориентированные устройства.

29)  Управление вводом – выводом. Основные принципы организации программного обеспечения ввода – вывода.

30)  Современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Требования, предъявляемые к современным ОС (расширяемость, переносимость, совместимость и т. д).

31)  Современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Тенденции в структурном построении ОС. Монолитные системы, многоуровневые системы, модель клиент – сервер и микроядра.

32)  Особенности построения конкретных ОС: DOS.

33)  Особенности построения конкретных ОС: Windows 9х.

34)  Особенности построения конкретных ОС: Windows XP.

35)  Особенности построения конкретных ОС: Linux.

Практическая часть

  1)  Определить фирму-изготовителя видеокарты данного компьютера, какие ресурсы использует это устройство.

  2)  Проверить *.doc файлы данного каталога на наличие в них вирусов.

  3)  С помощью архиватора arj создать многотомный архив (размер тома не более 1,2Mb) каталога c:\windows (c:\winnt).

  4)  Определить протоколы, с помощью которых данный компьютер работает в сети.

  5)  Проверить файловую систему компьютера на наличие ошибок, провести дефрагментацию.

  6)  Изменить приоритет процесса на более высокий, определить на какие количественные характеристики это повлияло.

  7)  Выделение общего ресурса

  8)  Конвертировать архив в самораспаковывающийся файл. Архив создан архиватором arj. exe.

  9)  Работа с переменными окружения

10)  Определить идентификатор процесса родителя для заданного процесса

11)  Из командной строки выполнить поэкранный просмотр длинного текстового файла.

12)  С помощью архиватора 7-Zip выполнить архивацию любого файла.

13)  С помощью архиватора 7-Zip выполнить архивацию каталога C:\Games.

14)  С помощью архиватора 7-Zip создать многотомный архив (дискеты размером не более 1,2Mb) каталога c:\windows (c:\winnt).

15)  С помощью архиватора 7-Zip выполнить архивацию каталога C:\Games в самораспаковывающийся файл с паролем 111.

16)  Приостановить, а затем восстановить данный процесс

17)  Зарегистрировать оболочку Far.

18)  С помощью Far выполнить копирование файла большого размера (> 2МБ) на дискеты.

19)  С помощью оболочки Far показать список активных процессов.

20)  Определить количество нитей в любом системном процессе.

Дополнительные вопросы

  1)  Почему определение «ОС - ­это система программных средств для управ­ления аппаратурой» не является корректным?

  2)  Какие объекты взаимодействуют с операционной системой? Каковы от­личия соответствующих интерфейсов?

  3)  Почему операционной системе обычно присваивается статус наиболее полномочного пользователя?

  4)  Покажите важнейшие различия между мультипрограммной и мульти­процессорной системами и/или соответствующими режимами работы.

  5)  Что такое независимость программ от внешних устройств? Зачем она нужна и почему это важно для пользователя?

  6)  Дайте определения следующих терминов? Укажите их сходство и раз­личия: оперативный режим (online) и режим реального времени.

  7)  Дайте определения следующих терминов. Укажите их сходство и раз­личия: режим разделения времени и интерактивные вычисления.

  8)  Дайте определения следующих терминов. Укажите их сходство и раз­личия: диалоговые вычисления и обработка транзакций.

  9)  Что такое программная прослойка между железом и программой поль­зователя? Как она влияет на представление пользователя о компьюте­ре?

10)  Что означает дружественный по отношению к пользователю интер­фейс и почему это важно?

11)  Какие цели ставили перед собой разработчики первых операционных систем? Какие системы этого времени вам известны?

12)  Что такое имена стандартных файлов системы? В чем заключается их полезность?

13)  Каковы причины приведшие к возникновению термина

14)  Назовите наиболее важные факторы, позволяющие считать появление системы SYSTEM/360 фирмы IBM важнейшим событием в истории развития операционных систем.

15)  Что такое имитаторы и эмуляторы? Какой режим вы бы предпочли для:
(а) быстрого и экономичного перехода с компьютера на компьютер?
(б) решения больших производственных задач с помощью программ для старого компьютера?

16)  Как отреагировали на появление SYSTEM/360 конкуренты фирмы IBM? Какие основные стратегии они избрали?

17)  Когда в середине 60­х годов фирма IBM первоначально аннонсировала выпуск SYSTEM/360, она надеялась ограничиться одной операционной системой для всех машин семейства? Почему в итоге они были вынуж­дены разрабатывать и поставлять много операционных систем?

18)  Дайте краткую сравнительную характеристику следующих операцион­ных систем: СР/М и DOS/360.

19)  Дайте краткую сравнительную характеристику следующих операцион­ных систем: OS/360 и MS­DOS.

20)  Дайте краткую сравнительную характеристику следующих операцион­ных систем: OS/MFT и OS/MVT.

21)  Дайте краткую сравнительную характеристику следующих операцион­ных систем: TSS и VMOS.

22)  Какие факторы обусловили появление новой дисциплины ­технологии конструирования программ?

23)  Что такое разделение цен на аппаратные и программные средства? Как это повлияло на компьютерную промышленность?

24)  Какие факторы и как могут отразиться на конструкциях будущих опе­рационных систем? Какие тенденции в этой области вы могли бы вы­делить?

25)  Сформулируйте несколько ключевых отличий между операционными системами персональных компьютеров и ОС мейнфреймов?

26)  Приведите известные вам определения процесса. Как вы думаете, по­чему до сих пор нет общепринятого определения?

27)  Дайте определение для каждого из следующих терминов: программа, процедура, процессор, процесс, пользователь, задача, задание.

28)  Термины пользователь, задание и процесс применяются иногда как си­нонимы. Дайте определение каждого из них. Укажите условия, когда они действительно имеют аналогичные смысловые значения.

29)  Почему обычно нецелесообразно устанавливать приоритетный порядок для списка заблокированных процессов? При каких обстоятельствах это могло бы быть полезным?

30)  В системах индивидуального пользования, как правило очевидно, ко­гда выполняемая программа зацикливается. В системах коллективного пользования, где одновременно выполняются десятки и сотни процессов далеко не всегда просто определить, что какой­то процесс не подвига­ется в своем выполнении. Может ли операционная система определить, что процесс находится в бесконечном цикле?

31)  Выбор оптимальной величины кванта времени имеет важное значение для эффективной работы операционной системы. Рассмотрим однопро­цессорную систему с разделением времени, которая обслуживает в диа­логовом режиме большое количество пользователей. Каждый раз, ко­гда процессор выделяется в распоряжение некоторого процесса, в ин­тервальном таймере устанавливается значение кванта времени, по исте­чение которого должно произойти прерывание. Предположим, что для всех процессов задается один и тот же квант времени. Что будет, если выбрать большую величину кванта времени, например несколько минут?

32)  Механизм блокирования / возобновления процессов предусматривает, что процесс может заблокировать себя в ожидании некоторого собы­тия. Другой процесс должен обнаружить, когда это событие произо­шло, и активизировать заблокированный процесс. Возможна ситуация, когда процесс заблокирует себя в ожидании события, которое никогда не произойдет. Может ли операционная система обнаружить, что забло­кированный процесс ожидает события, которое никогда не произойдет.

33)  Операционная система работает строго по принципу один пользова­тель ­один процесс, а система ­по принципу один пользователь ­много процессов. Каковы организационные различия между ОС и с точки зрения поддержки процессов.

34)  В конечном счете пользователи mainframe должны платить за все ре­сурсы. Системе во время работы приходится выполнять различные опе­рации, которые не всегда легко отнести на счет конкретного пользовате­ля. Каким образом могла бы система распределять подобные системные накладные затраты по процессам пользователя?

35)  В некоторых системах порожденный процесс автоматически уничтожа­ется? когда уничтожается его родительский процесс; в других системах порожденные процессы в дальнейшем существуют независимо от своих родительских процессов, так что уничтожение порождающего процесса не отражается на его потомках. В чем вы видите достоинства и недо­статки каждого метода?

36)  Что означает, что процесс не допускает перхвата ЦП? Может ли про­цессор обрабатывает прерывания в то время? когда выполняется про­цесс, не допускающий перехвата ЦП? Приведите пример процесса, не допускающего перехвата ЦП? Процесс какого типа предположительно допускает перехват ЦП?

37)  Что такое ядро ОС? Почему ядро обычно размещают в основной памя­ти? Какие функции, как правило, выполняет ядро?

38)  Когда микропрограммная реализация основных частей ОС может быть целесообразной?

39)  Объясните сущность и различие параллельных и асинхронных процес­сов.

40)  Какая управляющая конструкция используется для указания паралле­лизма? Приведите пример программы, в которой возможны параллель­ные операции.

41)  Что значит критический участок или критическая область программы? Приведите примеры.

42)  Как ставится проблема реализации примитивов взаимоисключения и почему? Назовите основные ограничения. В чем сущность защитной блокировки памяти?

43)  В чем сущность проблемы жесткой синхронизации? Приведите пример соответствующей программы. Как может быть решена эта проблема?

44)  В чем состоит сущность проблемы бесконечного откладывания? Приведите пример соответствующей программы.

45)  В чем состоит назначение и смысл алгоритма кондитера и кто его ав­тор?

46)  Покажите, как может быть обеспечена синхронизация процессов при помощи семафоров. Приведите пример соответствующей программы.

47)  Как может быть организовано взаимодействие процессов в паре произ­водитель­-потребитель. Приведите пример соответствующей програм­мы.

48)  В чем состоят трудности и как выполняется реализация семафоров? Как обеспечивает возможность их использования операционная систе­ма? Какие основные типы семафоров вы знаете?

49)  Как может быть обеспечено распределение ресурсов с помощью мони­тора? Приведите пример соответствующей программы.

50)  Как обеспечивается реализация процессов в мониторе? В чем сущность читателей и писателей? Приведите пример соответствующей програм­мы.

51)  В чем состоит сущность проблемы, вызывающей зависание системы? Как (двигаясь по каким путям) эта проблема может быть решена?

52)  В чем сущность концепции ресурсов ОС и какие виды ресурсов вы зна­ете?

53)  В чем сущность алгоритма банкира и кто его автор? Его плюсы и ми­нусы.

54)  Как может быть решена проблема обнаружения тупиков и какие мето­ды при этом используются?

55)  Почему параллельная обработка, параллелизм и параллельное програм­мирование представляет значительный интерес в настоящее время? На­зовите основные причины этого.

56)  Что такое взаимоисключение. Приведите пример программы, реализу­ющий эту операцию.

57)  Что такое примитивы взаимоисключения и для какой цели они предна­значаются?

58)  Сущность и основные моменты алгоритма Деккера. Приведите приме­ры реализации и возникающие проблемы.

59)  В чем состоит сущность проблемы тупиков? Приведите пример соот­ветствующей программы.

60)  В чем сущность аппаратной реализации взаимоисключения? Приведите пример соответствующей программы.

61)  В чем сущность концепции семафоров и кто ее автор? Как можно реа­лизовать эту концепцию?

62)  Что значит разделяемые ресурсы и совместно используемые данные? Приведите соответствующие примеры.

63)  В чем сущность семафоров со счетчиками или считающих семафоров? Как может быть реализован такой семафор?

64)  В чем состоят недостатки примитивов взаимоисключения и почему необ­ходимы высокоуровневые средства?

65)  Как работает программа-­монитор и какие команды необходимы процес­сам для взаимодействия с монитором?

66)  Как может использоваться монитором кольцевой буфер и что это такое? Приведите пример соответствующей программы.

67)  Приведите известные вам примеры тупиков и объясните, почему они возникли?

68)  Что называется старением процесса и как это связано с проблемой бес­конечного откладывания?

69)  В чем состоят необходимые условия возникновения тупиков? Кто впер­вые сформулировал эти условия?

70)  Как может быть обеспечено предотвращение тупиков? Какие исследо­вания выполняются в этой связи?

71)  В некоторых системах, эксплуатируемых в настоящее время, виртуаль­ная память по размеру меньше, чем имеющаяся реальная память. Об­судите преимущества и недостатки подобного подхода.

72)  Одно из основных достоинств виртуальной памяти состоит в том, что благодаря ей пользователям больше не приходится искусственно огра­ничивать размер своих программ, ориентируясь на недостаточно ши­рокие рамки реальной памяти. Это позволяет сделать стиль програм­мирования более свободной формой выражения алгоритмов и замыс­лов программиста. Обсудите последствия подобного свободного стиля с точки зрения производительности мультипрограммной системы с вир­туальной памятью. Перечислите как положительные, так и отрицатель­ные последствия.

73)  Обсудите относительные достоинства каждого из следующих способов отображения при реализации виртуальной памяти:

(а) прямое отображение,

(б) ассоциативное отображение,

(в) комбинированное ассоциативное отображение.

74)  Объясните, каким образом осуществляется преобразование виртуаль­ных адресов в реальные в сегментных системах.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Образовательная технология

В преподавании дисциплины используются преимущественно традиционные образовательные технологии:

·  лекции сопровождающиеся демонстрацией презентации с помощью мультимедийного проектора;

·  использование выдач (печатного варианта слайдов) в качестве раздаточных материалов;

·  лабораторный практикум в компьютерном классе;

·  самостоятельная работа студентов.

Цель лекции – сообщение новых знаний, систематизация и обобщение накопленных, развитие познавательных и профессиональных интересов.

Лабораторный практикум – как обязательный элемент образовательного процесса по данной дисциплине, призван закрепить полученные теоретические знания и обеспечить формирование основных навыков и умений практической работы в области основ работы с операционными системами. Они проводятся по мере изучения теоретического материала и выполняются индивидуально каждым студентом. Перечень и содержание лабораторных работ приводится в содержательной части данного учебно-методического комплекса. По каждой теме студент обязан подготовить и сдать отчет.

5.1 Самостоятельная работа студентов

Самостоятельная работа является обязательной для каждого студента и определяется учебным планом. Цель самостоятельной работы студентов – овладение фундаментальными знаниями, профессиональными умениями и навыками, опытом творческой, исследовательской деятельности. Самостоятельная работа студентов обеспечивает формирование профессиональной компетенции, воспитывает потребность в самообразовании, способствует развитию активности, ответственности и организованности, творческого подхода к решению проблем учебного и профессионального уровня.

Лекции и лабораторный практикум способны более конкретно ориентировать студента, показать ключевые направления дисциплины, обеспечивать ознакомление с ключевыми понятиями, и магистральные пути развития знаний в области операционных систем.

Для закрепления теоретических знаний, ознакомления с литературой и обретения навыков писать и выражать свои мысли планом работ предусмат­ривается выполнение после каждой дидактической единицы одной контрольной работы. Контрольная работа выполняется индивидуально. Тематика контрольных работ приведена в предыдущем разделе УМК.

В образовательном процессе по дисциплине выделяется два вида самостоятельной работы:

·  аудиторная;

·  внеаудиторная.

Аудиторная самостоятельная работа по дисциплине выполняется на учебных занятиях под непосредственным руководством преподавателя и по его заданию. Формами аудиторной самостоятельной работы являются:

·  работа в малых группах при проведении лабораторных занятий – мозговой штурм для выполнения задания;

·  поиск информации в системе документации для выполнения задания.

Внеаудиторная самостоятельная работа выполняется студентом по заданию преподавателя, но без его непосредственного участия, но под его контролем и с последующей оценкой.

Целью внеаудиторной самостоятельной работы является овладение профессиональными знаниями, умениями и навыками по профилю изучаемой дисциплины, закрепление и систематизация знаний, формирование умений и навыков и овладение опытом творческой, исследовательской деятельности. Этот вид самостоятельной работы способствует развитию самостоятельности, ответственности и организованности, творческого подхода к решению проблем учебного и профессионального уровней.

Формами внеаудиторной самостоятельной работы является: чтение текста (учебника, первоисточника, дополнительной литературы); конспектирование текста; выписки из текста; работа с конспектом лекции; самостоятельное выполнение заданий на лабораторных и практических занятиях; выполнение домашних заданий;

5.2 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Виды контроля самостоятельной работы: самоконтроль, проведение блиц-опроса в начале лекции, проверка правильности выполнения домашних заданий.

Внутрисеместровый контроль знаний проводится в форме проверки выполнения практических и самостоятельных заданий, тестирования, итоговый контроль в форме экзамена. Промежуточный контроль осуществляется в письменной форме. Видом промежуточного контроля являются контрольные работы, проводимые по окончании работы над каждой дидактической единицей на занятиях.

К экзамену допускаются студенты, которые:

·  прослушали лекции; в случае пропуска лекции предоставили конспект;

·  посетили лабораторные занятия и выполнили на них все практические задания;

·  при необходимости – «отработали» пропуски.

Экзамен является итоговой формой контроля по дисциплине. На экзамене студенты должны показать умение использовать знания, полученные на аудиторных занятиях и в ходе самостоятельной подготовки, продемонстрировать навыки решения практических задач.

Студентам предложены примерные вопросы для подготовки к экзамену. Подготовка студентов к экзамену основывается на знаниях, умениях и навыках, полученных ими на лекциях, и лабораторно-практических занятиях, а также внимательного изучения предложенной литературы.

Итоговая оценка за дисциплину выставляется по результатам сдачи студентом экзамена.

Экзамен проводится по следующему плану.

Студенты:

·  отвечают на два теоретических вопроса из списка вопросов к экзамену;

·  выполняют практическое задание, аналогичное аудиторным заданиям.

Итоговая оценка за дисциплину выставляется по результатам сдачи студентом экзамена. Допуск к экзамену осуществляется только после защиты отчетов по лабораторным работам и сдачи контрольных работ. На экзамене студенту предлагается ответить на три вопроса: два из лекционной части и один из практической части. При неполных ответах будут задаваться дополнительные вопросы.

Для получения оценки «Отлично» необходимо полностью и без ошибок ответить на поставленные вопросы, уметь хорошо ориентироваться в предметной области, знать материал из основной и дополнительной литературы.

Оценка «Хорошо» ставиться, если студент не полно отвечает на три вопроса, либо допускает небольшие неточности в ответе, однако хорошо ориентируется в материале.

Если студент полностью отвечает на два вопроса, однако третий вопрос вызывает трудности, знание предметной области неплохое студент получает оценку «Удовлетворительно».

Во всех остальных случаях оценка «Неудовлетворительно».

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения лекционных занятий по данной дисциплине требуется аудитория оборудованная современным мультимедийным оборудованием: видеопроектором (или интерактивной доской) подключенной к персональному компьютеру с установленным программным обеспечением представленным в таблице 1.

Для обеспечения лабораторно-практических занятий по данной дисциплине необходимы компьютерный класс с выходом в Интернет и установленным программным обеспечением представленным в таблице 1.

Таблица 1. Необходимое программное обеспечение

Программное обеспечение	Описание
Системное программное обеспечение
Windows XP Professional либо более поздней версии (32-х битная)	Операционная система семейства Windows NT корпорации Microsoft
Лицензионное прикладное программное обеспечение
Microsoft Office 2003 либо более поздней версии	Офисный пакет приложений для операционных систем Microsoft Windows. Обязательно наличие в составе пакета Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint и Microsoft Visio.
Свободно распространяемое прикладное программное обеспечение
7-Zip	Свободный файловый архиватор с высокой степенью сжатия данных (http://www.7-zip. org/ ).
ARJ	Бесплатный файловый архиватор с открытым исходным кодом (http://www. ).
Notepad++	Свободный текстовый редактор с открытым исходным кодом для Windows с подсветкой синтаксиса большого количества языков программирования и разметки (http://notepad-plus-plus. org/ )
FAR Manager	Консольный файловый менеджер для операционных систем семейства Microsoft Windows. (http://www. / )
Бесплатное прикладное программное обеспечение
Everest	Программа для просмотра информации об аппаратной и программной конфигурации компьютера, разработанная компанией Lavalys (http://www. /)
Microsoft Security Essentials	Бесплатный пакет антивирусных приложений от компании Microsoft, предназначенный обеспечивать борьбу с различными вирусами, шпионскими программами, руткитами и троянскими программами (http://windows. /ru-RU/windows/security-essentials-download).
Условно-бесплатное прикладное программное обеспечение
Total Commander	Файловый менеджер с закрытым исходным кодом, работающий на платформе Microsoft Windows (http://www. / ).

7. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ

Основная литература

1.  Иртегов, в операционные системы / . - СПб: BHV-Санкт-Петербург, 20c.

2.  Столлингс, В. Операционные системы : Внутреннее устройство и принципы проектирования / В. Столлингс. - Киев; М.; СПб.: Вильямс, 20c.

3.  Партыка, системы, среды и оболочки / . - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 20c.

4.  Современные операционные системы / Э. Таненбаум. - СПб: Питер, 20c.

Дополнительная литература

5.  Бэкон, Дж. Операционные системы : Параллельные и распределенные системы / Дж. Бэкон, . - СПб: Питер, 20c.

6.  Возрождение мэйнфреймов // Открытые системы – 2001. - №12.

7.  Галатенко в стандарте POSIX: курс лекций: учебное пособие - Интернет-Университет информационных технологий, 20с.

8.  Костромин, Linux для пользователя / . - СПб.: БХВ - Петербург, 20c.

9.  ,Олифер операционные системы - СПб: Питер, 20с. :ил.

10. Таненбаум, Э. Операционные системы: разработка и реализация / Э. Таненбаум, А. Вудхалл. - СПб: Питер, 20c.

Базы данных, интернет-ресурсы,
информационно-справочные и поисковые системы

11. Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]: Операционная система – Режим доступа: http://ru. wikipedia. org/wiki/Операционная_система, свободный.

12. Обзор различных операционных систем [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www. *****/tema2.html, свободный.

13. , Олифер операционные системы: Учебник для ВУЗов [Электронный ресурс] – СПб.: Питер, 2003. – 544 с. – Режим доступа: http://education. *****/view. php? olif=index, свободный.