Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Операционные системы: Рабочая программа дисциплины

Голосов: 2

Рабочая программа предназначена для подготовки студентов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника", специальностей 230101 и 230105. В дисциплине рассматриваются практические вопросы построения прикладных программ на основе архитектуры "клиент-сервер", ориентированной на работу с серверами баз данных и серверами приложений. Эти вопросы затрагиваются не с точки зрения технологии их реализации, а со стороны методов разработки соответствующих прикладных программ. Программа разработана на кафедре вычислительной техники НГТУ.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
             Новосибирский государственный технический университет

                                     УВЕРЖДАЮ
                                     декан АВТФ
                                     проф.___________В.В.Губарев
                                      "___" _____________________2006




                         РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
                 по дисциплине "Операционные системы"
       для студентов, обучающихся по направлению "Информатика и
             вычислительная техника", спец. 230101 и 230105.
             Факультет Автоматики и вычислительной техники
                     Кафедра вычислительной техники
Курс 3, семестр 6
Лекции                      34 часа   Экзамен
Лабораторные                34 часа   Самостоятельная работа -72 часа
работы
Курсовая работа



Всего часов - 140 часов




                          Новосибирск, 2006г.


     Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования по направлению 230100
"Информатика и вычислительная техника" от 13.03.2000.
     Регистрационный номер 36 тех/бак
     Цикл ОПД. Ф. 08 "Операционные системы"

     Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ВТ, протокол № 1 от 30 января
2006г.




     Программу составила к.т.н., доцент                       Л.А.Коршикова

     Заведующий кафедрой, д.т.н., профессор                   В.В.Губарев


                            1. Принципы построения курса

     В дисциплине "Операционные системы" должно уделяться внимание операционным
системам, средам и системам программирования, исходя из Государственного
образовательного стандарта, который вступил в силу в 2000г. Именно в таком ключе и
строится рабочая программа для студентов, обучающихся по специальности, относящейся
к направлению "Информатика и вычислительная техника", специальностей 230101 и
230105.
     В читаемой дисциплине изучаются основные понятия ОС, принципы их построения,
их функционирование. В последние годы практически повсеместно персональные
компьютеры работают под управлением современных 32-битовых ОС, использующие
возможности микропроцессоров для создания и организации эффективных и защищенных
вычислений. Наиболее популярными ОС являются системы Windows 95/98, Windows NT
4.0, начинается переход к Windows ME и семейству ОС Windows 2000 компании
Microsoft. Наиболее распространены ОС, решающие сетевые проблемы - UNIX и Linux,
OS/2 Warp, Netware.
     В дисциплине рассматриваются практические вопросы построения прикладных
программ на основе архитектуры "клиент-сервер", ориентированной на работу с
серверами баз данных и серверами приложений. Эти вопросы затрагиваются не с точки
зрения технологии их реализации, а со стороны методов разработки соответствующих
прикладных программ.
     Для успешного изучения дисциплины студенту необходимо знать материал,
излагаемый в дисциплинах "Информатика и программирование", "Основы
алгоритмизации и программирования", "Численные методы".

                             2. Задачи и цели дисциплины

     Основной задачей изучения дисциплины является формирование базовых
представлений, знаний и умений в области организации функционирования современных
ОС, а именно, умений создания и использования эффективного программного
обеспечения для управления вычислительными ресурсами в многопользовательских ОС.

                              Цели изучения дисциплины

     Студент должен ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
     1. О назначении и функционировании ОС.
     2. О мультипрограммировании.
     3. О режиме разделения времени.
     4. О многопользовательском режиме работы.
     5. О режиме работы ОС реального времени.
     6. Об универсальных ОС и ОС специального назначения.
     7. О классификации ОС.
     8. О модульной структуре построения ОС и их переносимости.
     Студент должен ЗНАТЬ
     9.Управление процессорами.
     10.Понятие процесса и ядра.
     11.Сегментацию виртуального адресного пространства.
     12.Структуру контекста процесса.


     13.Идентификатор и дескриптор процесса.
     14.Иерархию процессов.
     15.Диспетчеризацию и синхронизацию процессов.
     16.Понятие приоритета и очереди процессов.
     17.Средства обработки сигналов.
     18.Средства коммуникации процессов.
     19.Способы реализации мультипрограммирования.
     20.Понятие прерывания.
     21.Многопроцессорный режим работы.
     22.Управление памятью.
     23.Совместное использование памяти.
     24. Защиту памяти.
     25. Механизмы реализации виртуальной памяти.
     26. Стратегии подкачки страниц.
     27. Методы разработки прикладных программ, ориентированных на работу с
серверами баз данных и серверами приложений.
     28. Примеры современных ОС.
     Студент должен УМЕТЬ
     29. Использовать основы системного подхода, критерии эффективной организации
вычислительного процесса для постановки и решения задач организации оптимального
функционирования вычислительных систем.
     30. Выбирать, обосновывая свой выбор, оптимальные алгоритмы управления
ресурсами.
     31. Сравнивать и оценивать различные методы, лежащие в основе планирования и
диспетчеризации процессов.
     32. Разрабатывать алгоритмы прикладных программ на основе архитектуры
"Клиент-сервер".
     33. Представлять результаты создания алгоритмов (структурная схема,
функциональная схема).
     34. Пользоваться сервисными функциями ОС Windows NT, UNIX при оценке
качества функционирования алгоритмов управления ресурсами вычислительной системы.
     35. Представлять результаты лабораторных работ, курсовой работы.
                       3. Содержание курса. Лекционные занятия

                               3.1.   Содержание курса

 №                     Название темы и ее содержание                     Цели      часы
 1                                                                       1 - 3,9     2
                 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОС

       Основные принципы построения ОС: принцип модульности,
       функциональной       избыточности,       генерируемости     ОС,
       функциональной избирательности, виртуализации, независимости
       программ от внешних устройств, совместимости, открытой и
       наращиваемой ОС, мобильности (переносимости), обеспечения
       безопасности    вычислений.   Требования,     предъявляемые   к
       многопользовательским       ОС:      мультипрограммность      и
       многозадачность, приоритеты задач (потоков), наследование
       приоритетов, синхронизация процессов и задач.


2                                                                       5,6      1
               ЭВОЛЮЦИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

    Появление первых ОС. Появление мультипрограммных ОС для
    мэйнфреймов. Особенности современного этапа развития ОС.




3                                                                       1,7      1
                    НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОС

    Понятие операционной среды. Понятие вычислительного процесса и
    ресурса. Диаграмма состояний процесса. Реализация понятия
    последовательного процесса в ОС. Процессы и треды.
    Классификация ОС. ОС для автономного компьютера - ОС как
    виртуальная машина, ОС как система управления ресурсами.
    Функциональные компоненты ОС. Управление процессами.
    Управление памятью. Управление файлами и внешними
    устройствами.

4                                                                       7, 8,    2
                          АРХИТЕКТУРА ОС                               10, 11

    Ядро и вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном
    режиме. Многослойная структура ОС. Микроядерная архитектура
    ОС. Концепция. Преимущества и недостатки. Монолитные ОС.
    Распределение и использование ресурсов в ОС. Переменные
    оболочки ОС UNIX, ограничивающие ресурсы. Совместимость и
    множественные    прикладные   среды.  Способы    реализации
    прикладных программных сред.
5                УПРАВЛЕНИЕ ВВОДОМ –ВЫВОДОМ.                           10 , 17   2

    Система ввода – вывода. Подсистема буферизации. Буферный КЭШ.
    Драйверы. Организация связи ядра ОС с драйверами. Ввод – вывод в
    системе UNIX
6                                                                      12,13,    2
                   УПРАВЛЕНИЕ ЗАДАЧАМИ В ОС                              15

    Планирование и диспетчеризация процессов и задач. Стратегии
    планирования.     Дисциплины      диспетчеризации.     Качество
    диспетчеризации и гарантии обслуживания. Диспетчеризация задач с
    использованием динамических приоритетов.
7                                                                        14      2
                        ПРОЦЕССЫ И ПОТОКИ

    Мультипрограммирование в системах пакетной обработки, в
    системах разделения времени, в системах реального времени.
    Мультипроцессорная обработка. Понятие "процесс" и "поток".
    Создание процессов и потоков.
8                                                                      15,16     2


               ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И ПОТОКОВ

      Планирование и диспетчеризация. Состояния потока, процесса.
      Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования.
      Алгоритмы планирования, основанные на квантовании. Алгоритмы
      планирования, основанные на приоритетах. Смешанные алгоритмы
      планирования. Моменты перепланировки. Планирование в системах
      реального времени.
  9                                                                         20       2
       МУЛЬТИПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ ПРЕРЫВАНИЙ

      Назначение и типы прерываний. Программные прерывания.
      Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ОС. Очереди
      обработки прерываний. Fork - уровень программы обработки
      прерывания. Функции центрального диспетчера прерываний на
      примере Windows NT. Процедуры обработки прерываний и текущий
      процесс. Системные вызовы.

10                                                                     17,18     4
               ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ
      ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И
                         ПОТОКОВ

      Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы и
      потоки. Цели и средства синхронизации. Необходимость
      синхронизации и «гонки». Критические секции. Блокирующие
      переменные.
      Средства    синхронизации    и   связи   при   проектировании
      взаимодействующих вычислительных процессов. Использование
      блокировки памяти при синхронизации.
      Синхронизация процессов посредством операции "ПРОВЕРКА" и
      "УСТАНОВКА". Семафорные примитивы Дейкстры. Использование
      семафоров      при      проектировании     взаимодействующих
      вычислительных процессов и потоков. Мьютексы.
11                                                                     19        2
      СРЕДСТВА КОММУНИКАЦИИ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ И ПОТОКОВ

      Мониторы Хоара. Почтовые      ящики.   Конвейеры   и   очереди
      сообщений. Сигналы.

12                                                                     27        2
             ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ
      ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЗ ПРОЦЕССОВ И
                        ПОТОКОВ

      Пример создания многозадачного приложения с помощью системы
      Borland Delphi. Пример создания комплекса параллельных
      взаимодействующих программ, выступающих как самостоятельные
      вычислительные процессы.

13                                                                     21        2
           ПРОБЛЕМА ТУПИКОВ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ


       Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных
       вычислительных процессов и потоков. Разделение ресурсов системы
       на два класса - повторно используемые (или системные) ресурсы
       (типа RR или SR -rensable resource или system resourse) и
       потребляемые (или расходуемые) ресурсы (типа CR - comsumable
       resourse).
       Пример тупика на ресурсах типа CR, на ресурсах типа CR и SR, на
       ресурсах типа SR.
       Методы борьбы с тупиками. Предотвращение тупиков. Обнаружение
       тупиков. Выход из тупика.

14                                                                        22,25,   4
            УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ В ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ                    26

       Фунлции ОС по управлению памятью. Память и отображение,
       виртуальное адресное пространство. Алгоритмы распределения
       памяти. Простое непрерывное распределение и распределение с
       перекрытием (оверлейные структуры). Распределение статическими
       и динамическими разделами. Разделы с фиксированными и
       подвижными границами.
       Свопинг и виртуальная память. Сегментный, страничный,
       сегментно-страничный способ организации памяти. Алгоритмы
       обработки запросов на выделение памяти. Алгоритмы "откачки" и
       "подкачки" страниц. Простой свопинг, свопинг с ограниченной
       перекачкой. Защита памяти.
15                                                                        28,34    2
       РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ В СОВРЕМЕННЫХ
                   ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

       Распределение оперативной памяти в Microsoft Windows NT.
       Распределение оперативной памяти в OC UNIX.
16                                                                        28       2
                 СОВРЕМЕННЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

       Состав базовых команд ОС UNIX (Linux). Встроенные и внешние
       команды. Аргументы команд, перенаправление вввода-вывода.
       Языки пакетной обработки Shell и Cshell - оболочки системы.
       Семейство операционных систем UNIX. Общая характеристика
       семейства OC UNIX, особенности архитектуры. Основные понятия
       системы UNIX. Функционирование системы UNIX. Межпроцессные
       коммуникации в UNIX. Операционная система Linux. Семейство
       операционных систем OS/2 Warp компании IBM. Особенности
       архитектуры и основные возможности OS/2 Warp 4.5. (Warp-основа).
       Сетевая ОС реального времени QNX (разработка канадской фирмы
       QNX Software Systems Limited 1999).

     3.2.    Отображение тем дисциплины на основную литературу

                  Тема                      Номер источника по списку и номера
                                                          страниц
1. Основные принципы построения ОС        Л-1.: стр.191-205; Л-2.: стр.52-54;Л-8.:


                                             стр.24 – 27; Л-17.: ст.
2. Эволюция операционных систем              Л-2.: стр.13-24; Л.-8: стр.27-43; Л-
                                             17.:стр.4-5.
3. Назначение и функции ОС                   Л-1.:стр.22-48; Л-2.: стр.32-38; Л-:8:стр.24
                                             – 26; Л-17.:стр.6-8 .
4. Архитектура ОС                            Л-1.: стр.199-203;Л-2.: стр.57-64;74-79; 81-
                                             85; Л-8.: стр.81-87.
5. Управление вводом/выводом                 Л-8.: стр.319 - 323.
6. Управление задачами в ОС                  Л-1.: стр.51-62; Л-8.: стр.59-61.


7. Процессы и потоки                      Л-1.:стр.33-37;Л - 2.:стр.87-100; Л-8.:
                                          стр.97-123; Л-17.: стр.9-10.
                                          .
8. Планирование процессов и потоков       Л-2.: стр.100-124; Л-8.: стр.157-174;
                                          Л-17.:стр.10-21.
                                          .
9. Мультипрограммирование на основе Л-2: стр.124-140; Л-8.:стр.69-78.
прерываний. Системные вызовы.
10.     Проектирование       параллельных Л-1.:стр.221-227;223-242.;Л-8.:     стр.938-
взаимодействующих         вычислительных 942, 981-983; Л-17.:стр.24-26.
процессов и потоков

11. Средства коммуникации для процессов и Л-1.: стр.250-257; Л-2.:стр.156-162;
потоков                                   Л-8.: стр.146 – 157; Л-17.: стр.26-37.


12. Примеры создания параллельных            Л-1:стр.258-267.; Л-8.: стр.502-550; 981-
взаимодействующих       вычислительных       983.
процессов и потоков
13. Проблема тупиков и методы борьбы с Л-1.: стр.269-300;
ними                                   Л-2.: стр.150-152; Л-8.: стр.184 – 212; Л-
                                       17.:стр.38-41.
14. Управление памятью в ОС            Л-1.:стр.67-88; Л-2.:стр.162-196; 225-231;
                                       Л-8.:стр.217-298.;Л-20.:стр.3-75.
15. Распределение оперативной памяти в Л-1.: 88-100; Л-8.:стр.779-793; 890 – 896;
современных ОС                         Л-20: стр.64 – 100.
16. Современные операционные системы.  Л-1.: стр.301-323; 325-334.
                                       Л-17.: стр.41-60.; Л.-8:стр.735 -930.

                         4. Лабораторные занятия (34 часа)

     Лабораторные занятия проводятся на основе методического руководства к
лабораторному практикуму [Л.14,15,17].

№            Наименование работы (объем Деятельность      студентов,            Цели
             в часах) и ее краткое цели, включая домашнюю
             содержание                 подготовку
1,2                                     -       изучает                         4, 9, 10,
                    Планирование        методический материал по                12-16,
               вычислительных ресурсов  методам         планирования            29 - 32,
                   (2 л.р. по 4 часа)   предоставления                          34.


                                      вычислительных        ресурсов
       Функции        ОС        по    задачам, процессам, потокам в
       планированию                   многопользовательских ОС;
       вычислительных ресурсов.       -        знакомится          с
       Аппаратные и программные       программной           моделью
       ресурсы.                       MULTIV,          имитирующей
       Формирование очередей и        функции        планировщиков
       их обслуживание.               верхнего и среднего уровней;
       Создание      управляющих      -        формирует
       таблиц (таблица управления     пользовательские запросы на
       задачей,         процессом,    предоставление        ресурсов
       потоком).                      (статическое распределение);
       Модель            системной    -        применяет заданные
       программы                      алгоритмы          управления
       "ПЛАНИРОВЩИК".                 ресурсами (FIFO, PRT,RR и
       Система        отображения     др.);
       информации о динамике          -        анализирует качество
       планирования.                  функционирования
       Индивидуальные задания к       алгоритмов;
       работе и требования к ее       -        отражает
       выполнению.                    полученные результаты на
       Контрольные вопросы.           уровне     графиков     оценки
       Приложение                 -   качества    функционирования
       демонстрационный               "ПЛАНИРОВЩИК'а".
       материал,        временные
       диаграммы,          таблицы
3,4    статистических      данных,
       разработка программ на
       языке СИ в ОС Windows.

                                                                       12 - 17,
          Диспетчеризация и                                            20, 29 -
      планирование процессов и                                         34.
                потоков                    - изучает
           (2 л.р. по 4 часа)          методический материал по
       Состояние процесса, потока.     динамическим     алгоритмам
       Вытесняющие                и    диспетчеризации            и
       невытесняющие алгоритмы         планирования         доступа
       планирования               -    процессов    к    основному
       диспетчеризации.                ресурсу ВС - CPU;
       Алгоритмы планирования,             - знакомится           с
       основанные на квантовании       программной         моделью
       и приоритетах.                  DISPATSH,      имитирующей
       Моменты перепланировки.         функции       динамического
       Диспетчеризация                 управления         очередью
       прерываний в ОС.                готовых    на    выполнение
       Функции         центрального    процессов;
       диспетчера прерываний.              - формирует перечень
       Модель диспетчера задач         системных          запросов,
       (процессов): конфигурация,      связанных с управлением
       взаимодействие проблемных       доступа к CPU множества
       и системных процессов (         процессов;


      "предки"    и   "потомки"),           - применяет заданные
      управления динамической           алгоритмы планирования и
      очередью к CPU.                   диспетчеризации
      Индивидуальные задания к          (квантования, приоритет);
      работе и требования к ее              - проектирует
      выполнению.                       требования к оптимальной
      Контрольные вопросы.              загрузке CPU ;
      Приложение                -           - анализирует
      демонстрационный                  каче6ство диспетчеризации
      материал,        временные        по статистическим данным:
      диаграммы диспетчеризации         % загрузки CPU, % загрузки
5,6   процессов, графики оценки         ОП;
      качества функционирования             - отражает
      алгоритмов - "Диспетчер           результаты работы на уровне
      процессов", "Планировщик          графиков    и     временных 8,10,15,
      процессов".                       диаграмм.                   16, 29-
      Разработка программ на                                        31, 34.
      языке СИ в ОС Windows NT.



      Многозадачная
      операционная         система.
      Моделирование функций
      (2 л.р. по 4 часа)               -        изучает
      Аспекты функционирования         методический материал по
      ОС UNIX (юникс-подобных)         функционированию           ОС
      Управление процессами.           (управляющие          функции
      Синхронизация процессов.         вычислительными ресурсами);
      Планирование процессов.          -        знакомится          с
      Модель          операционной     программной моделью МОS,
      системы:       конфигурация,     имитирующей           функции
      состояние            процесса,   управления ресурсами;
      взаимодействие процессов в              - формирует
      системе,           управление    пользовательские запросы на
      памятью,           управление    динамическое предоставление
      файлами, пользовательские        ресурсов (дескриптор процесса
      процессы.                        и др.)
      Индивидуальные задания к                - применяет заданные
      работе и требования к ее         алгоритмы           управления
      выполнению.                      ресурсами           (например,
7,8   Контрольные вопросы.             алгоритмы       синхронизации
      Приложение                       процессов);
      (демонстрационный                       - анализирует качество
      материал,          временные     функционирования
      диаграммы алгоритмов и           управляющих алгоритмов по
      графики оценки качества          полученным         результатам
      функционирования          ОС,    моделирования (изменение %
      разработка программ на           загрузки ресурсов во времени).
      языке СИ в ОС Windows                   - отражает
      NT).                             полученные результаты на
                                       уровне      графика     оценки



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика