Рабочая программа учебной дисциплины Б.3.Б.03 Операционные системы (стр. 2 )

·  ТК – компьютерное тестирование;

·  КР – контрольная работа;

·  ККР – контрольная работа на компьютере;

·  ЛР – выполнение лабораторных работ;

·  ТЛР – тестирование по теме лабораторной работы;

·  ЗЛР – защита лабораторных работ (тестирование);

4.1. Содержание (дидактика) дисциплины

Раздел 1. «Основные понятия»

1.1.  Программные системы. Понятие системного программного обеспечения, структура программного обеспечения. Функциональное назначение программных систем.

1.2.  Ресурсы вычислительных систем. Процессор. Память, виды, основные характеристики. Устройства ввода-вывода. Способы совместного использования ресурсов. Виртуальные ресурсы.

1.3.  Функции операционной системы. Упрощение доступа к компьютеру. Пользовательский интерфейс, программный интерфейс. Роль сервисных систем. Повышение эффективности использования ресурсов. Виды служебной информации для выполнения управляющих функций операционной системы.

1.4.  Классификация операционных систем. Деление операционных систем по числу процессов, по количеству пользователей, по типу средств вычислительной техники. Системы пакетной обработки. Системы разделения времени. Системы реального времени. Однопроцессорные и многопроцессорные операционные системы. Сетевые и распределенные операционные системы.

Раздел 2. «Управление процессами»

2.1.  Понятие последовательного процесса. Неделимое действие, точка наблюдения, событие. Временной след, контекст процесса, образ процесса.

2.2.  Состояния процесса, его изменение. Действия над процессом: порождение, выборка, ожидание, блокировка, деблокировка, завершение, удаление.

2.3.  Блок управления процессом. Набор атрибутов, характеризующих поведение процесса. Идентификаторы, родители и потомки процесса. Регистры доступные пользователю, счетчик команд, специализированные регистры. Информация для управления процессом.

2.4.  Планирование процессов. Виды планировщиков, очередь заданий, очередь готовых к выполнению процессов, очередь устройств. Диспетчеризация, многоуровневые системы планирования.

2.5.  Обработка прерываний. Виды прерываний. SVC–прерывания. Программные прерывания. Прерывание по таймеру. Прерывание по вводу-выводу. Обработка прерываний. Операция контекстного переключения между процессами. Слово состояния программы. Вложенные прерывания.

Раздел 3. «Управление параллельными процессами»

3.1.  Параллельная обработка. Совместное выполнение нескольких процессов. Виды взаимодействия процессов.

3.2.  Взаимное исключение. Критический ресурс, секция. Пролог, эпилог. Требования предъявляемые к критическому интервалу. Блокировка памяти.

3.3.  Алгоритм Деккера.

3.4.  Аппаратная реализация взаимного исключения. Состояние активного ожидания.

3.5.  Семафоры. Двоичные семафоры, считающие семафоры. Реализация взаимного исключения с помощью семафоров. Синхронизация процессов при помощи семафоров.

3.6.  Мониторы. Недостатки систем без использования мониторов. Локальные и глобальные внутренние данные монитора. Команды монитора: ожидание, оповещение.

3.7.  Передача сообщений. Понятие почтового ящика, его реализация. Буферы сообщений.

Раздел 4. «Тупики»

4.1.  Условие возникновения дедлоков. Взаимные исключения, ожидание, отсутствие перераспределения, круговое ожидание.

4.2.  Основные направления исследований по проблеме тупиков. Предотвращение тупиков, обход тупиков, обнаружение тупиков, восстановление после тупиков.

4.3.  Предотвращение тупиков при различных условиях их возникновения.

4.4.  Обход дедлоков.

4.5.  Алгоритм банкира.

4.6.  Распознавание дедлоков.

4.7.  Восстановление после тупиков.

Раздел 5. «Управление памятью»

6.1.  Простое непрерывное распределение. Виды потерь при простом непрерывном распределении. Загрузка программ в память при помощи оверлейных структур.

6.2.  Распределение с несколькими непрерывными разделами. Мультипрограммирование и распределение на разделы. Разделы с фиксированными границами. Разделы с подвижными границами. Свопинг.

6.3.  Организация виртуальной памяти. Основные концепции виртуальной памяти. Страничная организация памяти, динамическое преобразование адреса страницы. Сегментная организация памяти, преобразование виртуального адреса в сегментной системе. Сегментно-страничная организация памяти, преобразование виртуального адреса в сегментно-страничной системе.

6.4.  Управление виртуальной памятью. Алгоритмы выталкивания страниц. Подкачка страниц по запросу. Подкачка страниц с опережением. Освобождение страниц. Размер страниц.

Раздел 6. «Управление устройствами»

6.1.  Общая организация ввода-вывода. Каналы, контроллер, периферийные устройства. Формат команды ввода-вывода, байт состояния устройства, байт состояния канала.

6.2.  Методы управления периферийными устройствами. Прямой метод управления, достоинства и недостатки. Метод косвенного ввода-вывода.

6.3.  Действия по вводу. Буферизация: прочитать и записать. Косвенная и циклическая буферизации. Блокирование: получить и поместить. Подготовка: открыть и закрыть.

6.4.  Управление магнитными дисками. Физическая структура магнитного диска. Физическая структура формата данных диска. Логическая структура диска. Планирование работы с диском.

Раздел 7. «Файловые системы»

7.1.  Файлы. Имя файла, типы файлов

7.2.  Функции системы управления файлами.

7.3.  Способы организации файлов. Последовательное размещение. Размещение с помощью сцепленных блоков. Организация файлов на основе таблиц размещения. Размещение с использованием таблицы индексов. Индексно-последовательное размещение. Библиотечная структура данных.

7.4.  Методы доступа к содержимому файлов. Последовательный доступ. Прямой дост­уп. Другие методы доступа.

7.5.  Способы организации файловой структуры.

7.6.  Манипулирование файловой структурой.

4.2. Лекции

№ лекции	Номер раздела дисциплины	Объем, часов лекций	Тема лекции: содержание лекции
1	Раздел 1	2	Основные понятия. Программные системы. Понятие системного программного обеспечения, структура программного обеспечения. Функциональное назначение программных систем. Ресурсы вычислительных систем. Процессор. Память, виды, основные характеристики. Устройства ввода-вывода. Способы совместного использования ресурсов. Виртуальные ресурсы. Функции операционной системы. Упрощение доступа к компьютеру. Пользовательский интерфейс, программный интерфейс. Роль сервисных систем. Повышение эффективности использования ресурсов. Виды служебной информации для выполнения управляющих функций операционной системы. Классификация операционных систем. Деление операционных систем по числу процессов, по количеству пользователей, по типу средств вычислительной техники. Системы пакетной обработки. Системы разделения времени. Системы реального времени. Однопроцессорные и многопроцессорные операционные системы. Сетевые и распределенные операционные системы.
2	Раздел 2	2	Управление процессами. Последовательный процесс. Неделимое действие, точка наблюдения, событие. Временной след, контекст процесса, образ процесса. Состояния процесса, его изменение. Действия над процессом: порождение, выборка, ожидание, блокировка, деблокировка, завершение, удаление.
3	Раздел 2	2	Управление процессами. Блок управления процессом. Набор атрибутов, характеризующих поведение процесса. Идентификаторы, родители и потомки процесса. Регистры доступные пользователю, счетчик команд, специализированные регистры. Информация для управления процессом. Планирование процессов. Виды планировщиков, очередь заданий, очередь готовых к выполнению процессов, очередь устройств. Диспетчеризация, многоуровневые системы планирования
4	Раздел 2	2	Управление процессами. Обработка прерываний. Виды прерываний. SVC–прерывания. Программные прерывания. Прерывание по таймеру. Прерывание по вводу-выводу. Обработка прерываний. Операция контекстного переключения между процессами. Слово состояния программы. Вложенные прерывания.
5	Раздел 3	2	Управление параллельными процессами. Параллельная обработка. Совместное выполнение нескольких процессов. Виды взаимодействия процессов. Взаимное исключение. Критический ресурс, секция. Пролог, эпилог. Требования предъявляемые к критическому интервалу. Блокировка памяти.
6	Раздел 3	2	Управление параллельными процессами. Алгоритм Деккера. Аппаратная реализация взаимного исключения. Состояние активного ожидания.
7	Раздел 3	2	Управление параллельными процессами. Семафоры. Двоичные семафоры, считающие семафоры. Реализация взаимного исключения с помощью семафоров. Синхронизация процессов при помощи семафоров. Мониторы. Недостатки систем без использования мониторов. Локальные и глобальные внутренние данные монитора. Команды монитора: ожидание, оповещение. Передача сообщений. Понятие почтового ящика, его реализация. Буферы сообщений.
8	Раздел 4	2	Тупики Условие возникновения дедлоков. Взаимные исключения, ожидание, отсутствие перераспределения, круговое ожидание. Основные направления исследований по проблеме тупиков. Предотвращение тупиков, обход тупиков, обнаружение тупиков, восстановление после тупиков. Предотвращение тупиков при различных условиях их возникновения.
9	Раздел 4	2	Тупики Обход дедлоков. Алгоритм банкира. Распознавание дедлоков. Восстановление после тупиков.
10	Раздел 5	2	Управление памятью. Простое непрерывное распределение. Виды потерь при простом непрерывном распределении. Загрузка программ в память при помощи оверлейных структур. Распределение с несколькими непрерывными разделами. Мультипрограммирование и распределение на разделы. Разделы с фиксированными границами. Разделы с подвижными границами. Свопинг.
11	Раздел 5	2	Управление памятью. Организация виртуальной памяти. Основные концепции виртуальной памяти. Страничная организация памяти, динамическое преобразование адреса страницы. Сегментная организация памяти, преобразование виртуального адреса в сегментной системе. Сегментно-страничная организация памяти, преобразование виртуального адреса в сегментно-страничной системе.
12	Раздел 5	2	Управление памятью. Управление виртуальной памятью. Алгоритмы выталкивания страниц. Подкачка страниц по запросу. Подкачка страниц с опережением. Освобождение страниц. Размер страниц.
13	Раздел 6	2	Управление устройствами. Общая организация ввода-вывода. Каналы, контроллер, периферийные устройства. Формат команды ввода-вывода, байт состояния устройства, байт состояния канала. Методы управления периферийными устройствами. Прямой метод управления, достоинства и недостатки. Метод косвенного ввода-вывода.
14	Раздел 6	2	Управление устройствами. Действия по вводу. Буферизация: прочитать и записать. Косвенная и циклическая буферизации. Блокирование: получить и поместить. Подготовка: открыть и закрыть. Управление магнитными дисками. Физическая структура магнитного диска. Физическая структура формата данных диска. Логическая структура диска. Планирование работы с диском.
15	Раздел 7	2	Файловые системы. Файлы. Имя файла, типы файлов Функции системы управления файлами.
16	Раздел 7	2	Файловые системы. Способы организации файлов. Последовательное размещение. Размещение с помощью сцепленных блоков. Организация файлов на основе таблиц размещения. Размещение с использованием таблицы индексов. Индексно-последовательное размещение. Библиотечная структура данных
17	Раздел 7	2	Файловые системы. Методы доступа к содержимому файлов. Последовательный доступ. Прямой дост­уп. Другие методы доступа.
18	Раздел 7	2	Файловые системы. Способы организации файловой структуры. Манипулирование файловой структурой.
Итого:	36

4.3. Лабораторные работы

№ л/р	Номер раздела дисциплины	Наименование лабораторной работы (содержание)	Наименование лаборатории	Трудоемкость, часов лаб. работ
1, 2	Раздел 2	Диспетчеризация и планирование процессов и потоков (2 л. р. по 4 ч.) Состояние процесса, потока. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования - диспетчеризации. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании и приоритетах. Моменты перепланировки. Диспетчеризация прерываний в ОС. Функции центрального диспетчера прерываний. Модель диспетчера задач (процессов): конфигурация, взаимодействие проблемных и системных процессов ("предки" и "потомки"), управления динамической очередью к CPU. Разработка программ на языке СИ в ОС Windows NT.	Компьютерный класс	8
3, 4	Раздел 5	Управление виртуальной памятью (2 л. р. по 4 ч.) Функции ОС по управлению памятью: отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам (первоначально и динамически); вытеснение процессов из оперативной памяти на диск и возвращение их в ОП; настройка адресов программы на конкретную область физической памяти. Модель управления ОП на примере страничной организации: параметры системы управления памятью; стратегии замещения страниц; стратегии рабочего набора (РН). Цели моделирования: настройка, развитие, проектирование.	Компьютерный класс	8
5,6	Раздел 6	Планирование вычислительных ресурсов (2 л/р по 4 ч.) Функции ОС по планированию вычислительных ресурсов. Аппаратные и программные ресурсы. Формирование очередей и их обслуживание. Создание управляющих таблиц (таблица управления задачей, процессом, потоком). Модель системной программы "ПЛАНИРОВЩИК". Система отображения информации о динамике планирования. Разработка программ на языке СИ в ОС Windows NT.	Компьютерный класс	8
7,8,9	Раздел 3, Раздел 7	Многозадачная операционная система. Моделирование функций (3 л. р. по 4 ч.) Аспекты функционирования ОС UNIX (юникс-подобных). Управление процессами. Синхронизация процессов. Планирование процессов. Модель операционной системы: конфигурация, состояние процесса, взаимодействие процессов в системе, управление памятью, управление файлами, пользовательские процессы.	Компьютерный класс	12
Итого:	36

4.4. Практические занятия

Учебным планом не предусмотрены.