Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ставропольский государственный аграрный университет
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ОБОЛОЧКИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
230400.62 шифр
Информационные системы и технологии
наименование
СТАВРОПОЛЬ
2014
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Цели изучения дисциплины:
Формирование у студентов целостного представления о современных
операционных системах, средах и оболочках, получение теоретических знаний о
принципах построения и архитектуре современных операционных систем и сред,
обеспечивающих организацию вычислительных процессов в корпоративных
информационных системах экономического, управленческого, производственного и
научного назначения, а также практических навыков по созданию (настройке)
вычислительной среды для реализации бизнес процессов в корпоративных сетях
предприятий
Задачи изучения дисциплины:
 рассмотрение теоретических принципов построения, назначения, структуры, функций и
эволюционного развития операционных систем;
 ознакомление с основами классификации операционных систем;
 изучение основополагающих принципов построения операционных систем;
 получение общей информации о концепции мультипрограммирования, процессах и
потоках;
 ознакомление с концепцией, моделями, стандартами и системами протоколов
локальных и глобальных вычислительных сетей;
 получение сведений теоретического и практического плана о файловых системах,
управлении памятью, вводом-выводом и устройствами;
 рассмотрение вопросов эффективности, безопасности, диагностики, восстановления,
мониторинга и оптимизации операционных систем и сред;
 рассмотрение общих вопросов связанных с защитой данных в операционных системах
и средах;
 получение навыков настройки операционных систем и сред;
 освоение работы с современными операционными системами и средами;
 наработка навыков инсталляции и сопровождения операционных систем и сред;
 выработка умения самостоятельного решения задач по выбору, установке и настройке
операционных систем и сред, в зависимости от требований пользователя;
 изучение различных областей применения операционных систем и сред в современном
обществе
В результате изучения этой дисциплины студент должен:
знать:
 определение, назначение, состав и функции операционных систем;
 классификацию операционных систем;
 операционные оболочки;
 основные режимы работы операционной системы;
 механизмы управления процессами и памятью, вводом-выводом
 сетевые операционные системы;
 структуру и компоненты сетевой операционной системы;
 средства защиты информации в сети;
 навигаторы глобальные сети;
 тенденции и перспективы развития распределенных операционных сред;
 программные средства человеко – машинного интерфейса мультимедиа и гипермедиа,
аудио и сенсорное сопровождение.
уметь:





выполнять основные настройки, изменять конфигурацию операционной системы;
осуществлять расширения возможностей пользователя (за счет установки приложений);
пользоваться инструментальными средствами пользовательского интерфейса ОС;
иметь навыки работы в сети;
иметь навыки работы с программными средствами человеко - машинного интерфейса,
мультимедиа и гипермедиа, аудио и сенсорного сопровождения
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Тема 1. Введение в операционные системы
Предмет и содержание курса, взаимосвязь курса со смежными дисциплинами.
Назначение и функции операционных систем. История развития
и поколения
операционных систем (ОС). Функциональные компоненты ОС. Операционные системы
универсального и специального назначения.
Изучив данную тему, студент должен:
 знать определение операционной системы; назначение и основные функции ОС;
функциональные компоненты ОС; историю развития операционных систем и их
классификацию.
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.13-27, 29-39;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: операционная, динамическая
модель, математическая модель, имитационная модель; обслуживающий прибор,
заявка, поток заявок.
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Какие события в развитии технической базы ЭВМ стали вехами в истории
операционных систем?
2. В чем состояло принципиальное отличие первых мониторов пакетной обработки от
существовавших к тому времени системных обрабатывающих программ –
трансляторов, загрузчиков, компоновщиков, библиотек процедур?
3. Может ли компьютер работать без операционной системы?
4. Как эволюционировало отношение к концепции мультипрограммирования на
протяжении всей истории ОС?
Тема №2 Операционные оболочки и среды
Назначение и основные функции операционных оболочек. Графические оболочки.
Командные интерпретаторы. Операционные среды
Изучив данную тему, студент должен:
 знать операционные оболочки используемые в операционных системах.
 уметь пользоваться инструментальными средствами пользовательского интерфейса
ОС
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.13-27, 29-39;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: операционная оболочка,
операционная среды, командный интерпретатор, графическая оболочка, система Х
Windows.
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Отличие GUI операционных систем Windows и UNIX
2. Назовите графические операционные оболочки
3. Назовите неграфические операционные оболочки
4. Состав системы X Windows
5. Встроенные команды cmd.exe
6. Внешние команды cmd.exe
Тема №3 Архитектура операционных систем
Архитектура на базе ядра в привилегированном режиме. Микроядерная архитектура.
Переносимость ОС
Изучив данную тему, студент должен:
 знать концепции архитектур операционных систем. Пути достижения переносимости
ОС.
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.57-81;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: Ядро, вспомогательные модули,
утилиты, привилегированный режим, режим пользователя, многослойная структура
ядра, микроядерная архитектура, двоичная совместимость, совместимость исходных
кодов
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Определите подход, который является эффективным способом декомпозиции
сложных систем любого вида
2. Перечислите слои, из которых может состоять структура ядра операционной
системы в многослойной модели
3. Что такое привилегированный режим?
4. Из каких модулей состоит слой «менеджеры ресурсов» в многослойной модели
операционной системы?
5. Как определяется термин «микроядерная архитектура»?
6. Как определяется термин «сервер операционной системы»?
7. Как определяется термин «переносимая ОС»?
Тема №4 Процессы и потоки
Основные режимы работы ОС: однопользовательский, одно- и многопрограммный, режим
пакетный и разделения времени, ОС реального времени. Понятия процесса и потока.
Планирование процессов и потоков. Способы реализации мультипрограммирования.
Планирование и диспетчеризация процессов и потоков. Синхронизация процессов.
Понятия приоритета и очереди процессов. Средства обработки сигналов. Понятие
событийного программирования. Средства организации взаимодействия процессов.
Понятие прерывания. Многопроцессорный режим работы
Изучив данную тему, студент должен:
 знать основные режимы работы ОС, механизмы управления процессами
 уметь выполнять основные настройки, изменять конфигурацию операционной
системы
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.87-159; [2] с.50-71
 акцентировать внимание на следующих понятиях: мультипрограммирование, пакетные
ОС, ОС с разделением времени, процесс, поток, дескриптор процесса, контекст
процесса, состояния процесса, вытесняющие и невытесняющие алгоритмы
планирования, алгоритмы планирования основанные на квантовании и приоритетах,
диспетчеризация, синхронизация, гонки, тупики.
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Критерий эффективности ОС пакетной обработки
2. Критерий эффективности ОС реального времени
3. Концепция мультипрограммирования пакетной ОС
4. Концепция мультипрограммирования ОС с разделением времени
5. Поясните термин «процесс»
6. Поясните термин «поток»
7. Поясните термин «контекст»
8. Являются ли синонимами термины «планирование процессов», и
«диспетчеризация процессов?
9. Чем объясняется потенциально более высокая надежность ОС, в которых
реализована вытесняющая многозадачность
10. Что такое таблица процессов?
11. Суть алгоритмов планирования на основе квантования
12. Суть алгоритмов планирования на основе приоритетов
13. Для чего нужна синхронизация процессов?
14. Механизмы синхронизации процессов
Тема № 5 Управление памятью
Функции ОС по управлению памятью. Совместное использование и защита памяти.
Простое непрерывное распределение и распределение с перекрытием. Алгоритмы
распределения памяти. Механизм реализации виртуальной памяти. Страничное
распределение. Сегментное распределение. Странично - сегментное распределение.
Кэширование данных
Изучив данную тему, студент должен:
 знать функции ос по управлению памятью, механизмы управления памятью
 уметь выполнять основные настройки, изменять конфигурацию операционной
системы
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.162-212; [2] с.72-101
 акцентировать внимание на следующих понятиях: виртуальная память, свопинг,
страничное распределение памяти, сегментное распределение памяти, страничносегментное распределение памяти, кеш-память
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Что такое «виртуальный адрес», «виртуальное адресное пространство»?
2. Имеются ли виртуальные адреса в программах, написанных для работы в среде
DOS?
3. Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной среде?
4. Типы виртуальных адресов
5. Виды алгоритмов распределения памяти
6. Подходы к преобразованию виртуальных адресов в физические
7. Назначение перемещающего загрузчика
8. Что такое «фрагментация памяти»?. Какой метод распределения памяти
позволяет добиться минимальной фрагментации и почему?
9. Объясните сегментный способ организации виртуальной памяти
10. Что в общем случае представляет собой дескриптор сегмента?
11. Объясните страничный способ организации виртуальной памяти
12. Сравните сегментный и страничный способы организации виртуальной
памяти. Перечислите достоинства и недостатки каждого
13. Почему размер страницы выбирается равным степени двойки?
14. Где хранятся таблицы страниц и сегментов?
Тема № 6 Файловая система ОС
Задачи подсистемы ввода-вывода. Файловая система ОС ее задачи. Логическая
организация файловой системы. Физическая организация файловой системы. Структура
NTFS. Механизм защиты от сбоев и несанкционированного доступа. Сравнение файловых
систем NTFS и FAT. RAID – массивы. Назначение реестра. Структура реестра.
Использование редактора реестра.
Изучив данную тему, студент должен:
 знать структуру файловых систем FAT, NTFS, структуру реестра, механизмы
управления вводом-выводом, RAID – массивы
 уметь выполнять основные настройки, изменять конфигурацию операционной
системы
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.253-378; [2] с.130-209
 акцентировать внимание на следующих понятиях: файл, файловая система, логическая
организация файловой системы, физическая организация файловой системы, атрибуты
файла, журналирование
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Что такое файловая система?
2. Объясните общие принципы устройства файловой системы FAT?
3. Перечислите основные возможности файловой системы NTFS
4. Что значит журналируемая файловая система?
5. Сравните RAID0 и RAID1
6. Что нужно для реализации RAID на ПК?
7. Виды контроллеров RAID?
8. Назначение реестра
9. Структура реестра
10. Использование редактора реестра
11. Команды меню File
12. Команды меню Edit
13. Команды меню View
14. Размещение файлов реестра
15. Понятие файловой системы
16. Задачи файловой системы
17. Уровни работы с файлами и организации файловой системы
18. Имена, типы, атрибуты
19. Организация каталогов
20. Логическая организация файлов
21. Файловые операции
22. Основные термины, касающиеся устройства дискового накопителя
23. Физическая организация и адресация файла
24.Назовите наиболее популярные файловые системы
Тема № 7 Сетевые операционные системы
Структура и компоненты сетевой ОС. Организация работы в сети. Навигаторы глобальной
сети. Назначение и основные функции. Понятия безопасности. Требования безопасности.
Системный подход к обеспечению безопасности. Базовые технологии безопасности.
Архитектура операционной системы. Поддержка оборудования. Исполнительная
подсистема и ядро. Подсистема окружения и их DLL. Модели сетевых служб и
распределенных приложений. Механизм передачи сообщений в распределенных
системах. Принципы построения. Модель сетевой файловой системы. Интерфейс сетевой
файловой службы. Вопросы реализации сетевой файловой системы.
Изучив данную тему, студент должен:
 знать структуру и компоненты сетевой ОС, принципы организации работы в сети,
подходы к обеспечению безопасности в сетевых ОС, архитектуру ОС Windows, модель
сетевой файловой системы
 уметь осуществлять расширения возможностей пользователя (за счет установки
приложений); пользоваться инструментальными средствами пользовательского
интерфейса ОС; иметь навыки работы в сети
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.380-414;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: аутентификация, идентификация,
клиент, сервер, браузер, динамически подключаемая библиотека
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Принципы построения сетевой файловой системы
2. Модель сетевой файловой системы
3. Интерфейс сетевой файловой службы
4. Вопросы реализации сетевой файловой системы
5. Способы разделения приложений на части?
6. Твухзвенная схема
7. Трехзвенная схема
8. Классификация средств защиты информации
9. Классические алгоритмы шифрования данных
10. Стандартные методы шифрования и криптографические системы
11. Программные средства защиты информации
12. Опишите структуру сетевой ОС.
13. Компоненты сетевой ОС
14. Взаимодействие компонентов в сетевой ОС.
15. Варианты построения сетевых ОС
16. Управление распределенными ресурсами
17. Популярные поисковые системы
18. Задачи навигатора глобальной сети
19. Назовите типы пользовательских процессов
20. Назовите компоненты ядра ОС Windows
21. Функции подсистем окружения?
22. Библиотека системной поддержки
23. Исполнительная система и ядро
24. Поддержка оборудования
25. Системные процессы
Тема № 8 UNIX – подобные операционные системы
Особенности архитектуры UNIX . Управление процессами. Файловая система UNIX.
Основные характеристики ОС Linux. Дистрибутивы Linux. Критерии классификации
дистрибутивов. Файловая система Linux
Изучив данную тему, студент должен:
 знать особенности архитектуры ОС UNIX, файловые системы UNIX-подобных ОС,
основные дистрибутивы Linux.
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.380-414;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: дистрибутив, суперпользователь,
GNOME, KDE, символическая ссылка, жесткая ссылка
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Основные характеристики ОС Linux
2. Дистрибутивы Linux
3. Критерии классификации дистрибутивов
4. Файловая система Linux
5. В чём заключается особенность архитектуры UNIX?
6. Какие программы называют демонами? Приведите примеры.
7. Из каких частей состоит ядро UNIX?
8. Какими отличительными особенностями обладает файловая система UNIX?
9. Назовите типы файлов в UNIX. В чём все они схожи, каковы отличия между
ними?
10. Чем жёсткие ссылки отличаются от символических? Какими преимуществами
обладают символические ссылки?
11. Какие каталоги стандартизованы в UNIX? Что обычно хранится в каждом из
них?
12. Что такое контекст процесса? Из чего состоит контекст процесса в UNIX?
13. Что такое планирование и диспетчеризация процессов? Какие в UNIX
применяются алгоритмы планирования?
14. Какие средства межпроцессного обмена предоставляются в UNIX?
Тема № 9 Перспективы развития операционные системы
Тенденции и перспективы развития распределенных операционных сред. Программные
средства человеко-машинного интерфейса: мультимедиа и гипермедиа, аудио и сенсорное
сопровождение.
Изучив данную тему, студент должен:
 знать Тенденции и перспективы развития распределенных операционных сред.
При изучении темы необходимо:
 читать учебник [1] с.380-414;
 акцентировать внимание на следующих понятиях: распределенные операционные
системы, облачные вычисления, мультимедиа, гипермедиа
Для самооценки темы необходимо ответить на вопросы:
1. Тенденции и перспективы развития ОС?
2. Поясните термин «GUI»
3. Тенденции развития графических интерфейсов
4. Структура мультикомпьютерных ОС
ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
1. Сетевые операционные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2009. - 672
с.: ил.
2. Операционные системы: Учебник для вузов. 2-е изд. /А.В. Гордеев. – СПб.: Питер,
2006. - 416 с.: ил.
Дополнительная литература:
1. Д.В. Иртегов Введение в операционные системы. СПб.: БХВ Петербург, 2008. – 1040
с.: ил.