Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра «Системотехника»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
«Б.3.1.6 Операционные системы»
направления подготовки
«230100.62 Информатика и вычислительная техника»
Профиль «Автоматизированные системы обработки информации и
управления»
форма обучения – очная
курс – 3
семестр – 5
зачетных единиц – 6
часов в неделю – 5
всего часов – 216,
в том числе:
лекции – 36
практические занятия – не предусмотрены
лабораторные занятия – 54
самостоятельная работа – 126
зачет – не предусмотрен
экзамен – 5 семестр
РГР – не предусмотрена
курсовая работа – не предусмотрена
курсовой проект – не предусмотрен
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
«27» августа 2013 года,
протокол № 1
Зав. кафедрой _____________/Томашевский Ю.Б./
Рабочая
программа утверждена на заседании
УМКС/УМКН
«27» августа 2013 года,
протокол № 1
Председатель УМКС/УМКН _______/Томашевский Ю.Б./
Саратов 2013
1. Цели и задачи дисциплины
Цель преподавания дисциплины: изучить назначение и функции
операционных систем (ОС); классификацию операционных систем;
особенности ОС реального времени; модульную структуру построения ОС и
их переносимость; управление процессором; понятия процесса и ядра;
структуру контекста и атрибутов процесса; диспетчеризацию и
синхронизацию процессов; межпроцессное взаимодействие; понятие
прерывания; многопроцессорный режим работы; управление памятью;
принципы построения и защиты от сбоев и несанкционированного доступа
Задачи изучения дисциплины:
- приобретение знаний по строению операционных систем общего
назначения на примере Windows и реального времени на примере QNX6;
- приобретение знаний и практических навыков конфигурирования
операционных систем Windows и QNX6;
- приобретение знаний и умений по созданию приложений с
процессами и потоками IDE Momentics и Visual Studio.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Операционные системы» относится к базовой
(общепрофессиональной) части профессионального цикла подготовки по
направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника». Изучение
дисциплины опирается на следующие дисциплины данной ООП: «Системное
программное
обеспечение»,
«Объектно-ориентированное
программирование», «Программирование», «Информатика». Результаты
освоения дисциплины «Операционные системы» используются в следующих
дисциплинах ООП: «Защита информации», «Проблемно-ориентированное
программирование», «Сети и телекоммуникации», «Информационные
технологии», «Организация и планирование производства».
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих
компетенций:
Наименование компетенции
Код компетенции
Уметь управлять настройками в процессе
ПК-19
эксплуатации программных и технических
комплексов, систем и сетей
Быть способным анализировать состояние
ПК-20
информационно-вычислительных систем, выявлять и
предотвращать угрозы их безопасности
Студент должен знать: назначения и функции ОС; структуру и особенности
функционирования ОС Windows и QNX6; реализацию концепции процессов
и потоков ОС Windows и QNX6; средства взаимодействия процессов;
принципы построения систем безопасности, защиты от сбоев и
несанкционированного доступа.
Студент должен уметь: конфигурировать и управлять функционированием
ОС Windows; конфигурировать и управлять функционированием ОС QNX6;
работать в графических оболочках Windows и Photon для QNX6; создать
приложение с процессами и потоками в среде Visual Studio; создать
приложение с процессами и потоками в среде IDE Momentics.
Студент должен владеть: практическими навыками конфигурирования ОС
Windows и QNX6, средствами разработки, трассировки и отладки программ в
Windows и QNX6.
4. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам
и видам занятий
№
Мо
дуля
№
Неде
Ли
1
2
№
Те
мы
3
1
1-3
1
1
4-7
2
2
8-13
3
2
14-18 4
Всего
Часы/ Из них в интерактивной форме
Наименование
темы
4
Всего
Лекции
Коллоквиумы
5
6
7
Практические
СРС
8
9
6
-
10
-
20
8
-
12
-
20
71
12
-
18
-
46
60
10
-
14
-
40
216
36
-
54
-
126
5 семестр
Основные понятия,
35
используемые в ОС
Архитектуры ОС
50
Управление
процессами и
потоками
Принципы
функционирования
подсистем ОС
Лабораторные
5. Содержание лекционного курса
№
Всего
№
темы часов лекции
Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции
1
1
2
2
3
1
4
1
2
2
1
2
3
2
2
4
2
2
5
2
2
3
2
2
2
6
7
8
3
2
9
3
2
10
Процессы в QNX6: типы (системные, демоны, прикладные),
атрибуты, управление.
Функции создания процесса. Затраты на порождение и переключение
3
2
11
процесса.
Жизненный путь потока. Потоки в QNX6: атрибуты, состояния,
3
2
12
3
2
13
4
2
14
4
4
2
2
15
16
4
4
2
2
17
18
Основные понятия в ОС
Основные понятия в ОС. Классификация ОС. Вычислительный ресурс и
схема его выделения. Многозадачный режим работы ВС. Схема состояний
задачи в ВС. Схема ОС ЖРВ, платформенные, встраиваемые.
Основные элементы ПК. Регистры процессора. Схема и пример
исполнения команд.
Прерывания. Аппаратные, программные пользовательские и системные.
Схема обработки прерывания
Архитектура ОС
Структура микроядра. ОС на различных уровнях АСУ.
Архитектура ОС Windows Среда разработки программного обеспечения
MS Visual Studio
Архитектура ОС QNX Операционная среда Photon ОС QNX6
Среда разработки программного обеспечения IDE Momentics и Rhapsody
Управление процессами и потоками
Процессы и потоки в Windows. Атрибуты и методы. Состояния потоков.
Структура потока. Функции Win32 управления процессами и потоками.
Пример создания процесса и потока.
управление, диспетчеризация.
Функции создания потока. Затраты на порождение нового протока.
Сигналы. Примеры
Взаимодействие процессов. Механизмы параллельных вычислений.
Синхронизация в Windows. Синхронизация в QNX6.
Принципы функционирования подсистем ОС
Принципы планирования потоков. Диспетчеризация в Windows и QNX6.
Инверсия приоритетов
Принципы функционирования SMP и кластеров
Управление памятью. Модели памяти: сегментная, страничная,
сегментно-страничная. Виртуальная память. Организация памяти в
Windows и QNX6
Файловые системы. FAT. NTFS. QNX4. RAID
Принципы построения и защиты от сбоев и несанкционированного
доступа
6. Содержание коллоквиумов (не предусмотрено учебным планом)
№
Всего
№
Тема коллоквиума. Вопросы, отрабатываемые на коллоквиуме
темы часов коллок
виума
1
2
3
4
7. Перечень практических занятий (не предусмотрено учебным
планом)
№
темы
1
Всего
№
часов занятия
2
Тема практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на
практическом занятии
3
4
8. Перечень лабораторных работ
№
темы
Всего
часов
1
1
2
4
1
6
2
4
2
4
2
4
3
8
3
10
4
14
Наименование лабораторной работы. Вопросы, отрабатываемые на
лабораторном занятии
4
Конфигурирование CMOS BIOS. Конфигурирование аппаратных и
программных средств компьютера с помощью CMOS BIOS
Выполнение машинных команд. Выполнение машинных команд в
отладчиках AFD и Turbo Debugger на процессоре Intel x86.
Конфигурирование ОС Windows и процесс загрузки. Изучить порядок
загрузки, системные процессы, основные утилиты, системные и
конфигурационные файлы для Windows (утилиты ММС, poledit, regedit,
msconfig и др.) (Материалы: CD_OC\Windows)
Конфигурирование ОС QNX и процесс загрузки. Изучить порядок
загрузки, системные процессы, основные утилиты, системные и
конфигурационные файлы для QNX6 (каталог etc). (Материалы:
CD_OC\QNX)
Конфигурирование ОС Windows и QNX пакетными файлами. Изучить
команды операционных систем, разработать пакетные файлы (30-40 строк
(выбор, ветвление, циклы, сдвиг параметров командной строки, работа с
файловой системой)) и модифицировать системные конфигурационные
файлы для Windows и QNX
Процессы и потоки в Windows. Изучить шаблон программы на С++ и
средства разработки, трассировки и отладки программ в среде Visual C++
на примере программы создания процессов и потоков с применением API –
функций WIN32. Разработать программу в соответствии с заданием
преподавателя. (Материалы: CD_OC\Windows\Харт)
Разработать на Delphi программы создания процессов и потоков с
применением API –функций WIN32, в соответствии с заданием
преподавателя. (Материалы: CD_OC\API, G:\DOCS\minaev\ASU-2\API)
Процессы и потоки в QNX. Изучить шаблон программы на С++ и
средства разработки, трассировки и отладки программ в IDE Momentics на
примере программ p5.сс, p5t.сс, t1.сс, p1-2.сс, p2-2.сс [6.6], process.с, fork.с,
exec.с, spawn.с. [6.5]. Утилита make. Материалы: CD_OC\QNX\
Конфигурирование HDD. Изучить структуру и утилиты управления
разделами жесткого диска (PartitionMagic, FDisk и др.) и файловых систем
для Windows (FAT, NTFS) и QNX6 (QNX4)
9. Задания для самостоятельной работы студентов
№
темы
Всего
Часов
Вопросы для самостоятельного изучения
(задания)
Литература
1
2
3
4
1
1
2
2
3
8
12
10
10
16
6.1
6.2
6.1, 6.3
6.7
6.1, 6.10, 6.11
3
12
3
6
3
3
6
6
3
6
4
10
4
4
10
12
4
8
Функции ОС
Общая структура ОС (уровни ОС )
Схема Windows
Схема каталогов ОС UNIX
Таблица процессов и потоков в Windows.
Добавить названия функций Win32 и их
атрибуты
Таблица процессов и потоков в QNX.
Добавить названия функций и их атрибуты
Описание функций программ process.c,
fork.c, exec.c, spawn.c
Описание функций программ p5.cc, p2-1.cc
Описание функций программ p5t.cc, p22.cc
Описание функций программы t1.cc [7
c.75-81]
Таблица объектов синхронизации Win32 и
QNX
Схемы SMP и кластеров
Схемы
страничной,
сегментной
и
смешанной моделей памяти
Схема доступа к кластерам в FAT16
6.6, 6.8
6.5
6.6
6.6
6.6
6.1, 6.8
6.1, 6.14
6.1
6.1, 6.3
10. Расчетно-графическая работа
Расчетно-графическая работа учебным планом не предусмотрена
11. Курсовая работа
Курсовая работа учебным планом не предусмотрена
12. Курсовой проект
Курсовой проект учебным планом не предусмотрен
13. Вопросы для зачета
Зачет учебным планом не предусмотрен
14. Вопросы для экзамена
1. Основные понятия в ОС. Классификация ОС. Функции ОС. Схема
состояний задачи в ВС.
2. Вычислительный ресурс и схема его выделения. Многозадачный
режим работы ВС. Схема ОС ЖРВ, платформенные, встраиваемые. Общая
структура ОС (уровни ОС )
3. Основные элементы ПК. Регистры процессора. Схема и пример
исполнения команд.
4. Прерывания. Аппаратные, программные пользовательские и
системные. Схема обработки прерывания
5. Структура микроядра. ОС на различных уровнях АСУ.
6. Архитектура ОС Windows. Среда разработки программного
обеспечения MS Visual Studio.
7. Архитектура ОС QNX. Операционная среда Photon ОС QNX6.
Схема каталогов ФС UNIX
8. Среда разработки программного обеспечения IDE Momentics и
Rhapsody
9. Процессы и потоки в Windows. Атрибуты и методы. Состояния
потоков. Структура потока. Функции Win32 управления процессами и
потоками. Таблица процессов и потоков в Windows . Функций Win32 и их
атрибуты. (process.c, fork.c, exec.c, spawn.c, p2-1.cc).
10. Процессы в QNX6: типы (системные, демоны, прикладные),
атрибуты, управление (process.c, fork.c, exec.c, spawn.c, p2-1.cc).
11. Функции создания процесса (p2-1.cc). Затраты на порождение и
переключение процесса (p5.cc).
12. Жизненный путь потока. Потоки в QNX6: атрибуты, состояния,
управление, диспетчеризация. (p5t.cc, prio.c)
13. Однопоточное и многопоточное выполнение приложений (t1.сс)
14. Функции создания потока. Затраты на порождение нового протока.
Сигналы. (p2-2.cc)
15. Взаимодействие процессов. Механизмы параллельных вычислений.
Синхронизация в Windows. Синхронизация в QNX6. (shm_creator.c,
shm_user.c)
16. Принципы планирования потоков. Диспетчеризация в Windows и
QNX6. Инверсия приоритетов. (prio.c)
17. Принципы функционирования SMP и кластеров (prio.c)
18. Управление памятью. Модели памяти: сегментная, страничная,
сегментно-страничная.
19. Виртуальная память. Организация памяти в Windows и QNX6.
(shm_creator.c, shm_user.c)
20. Файловые системы. FAT. NTFS. QNX4. Схема доступа к кластерам
в FAT16. (t1.cc)
21. RAID массивы. Устройства IO. IO в Windows
22. Принципы построения и защиты от сбоев и несанкционированного
доступа.
15. Тестовые задания по дисциплине
Тестовые задания размещены на сайте кафедры «Системотехника».
16. Образовательные технологии
Лекционный курс представлен в мультимедийной форме,
презентационные материалы представлены в Power Point. Лабораторные
работы проводятся с использованием современных компьютеров
архитектуры IBM PC с установленными операционными системами QNX
Neutrino и Windows XP. В процессе выполнения лабораторных работ
студенты учатся управлять настройками в процессе эксплуатации
программных и технических комплексов, систем, что формирует
профессиональные компетенции ПК-19, согласно ООП. Удельный вес
занятий, проводимых в интерактивном режиме, составляет 60%.
17. Список основной и дополнительной литературы по дисциплине
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Столлингс В. Операционные системы. – М.: Вильямс, 2004, 848с.
Таненбаум Операционные системы. – М.: Вильямс, 2006, 934с.
Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. –
СПб.: Изд-во «Питер», 2002. 740с.
Соломон Д., Русинович А. Внутреннее устройство W2000. – М.:
Вильямс, 2001. 900с.
Зыль С.Н. QNX Momentics: основы применения. – СПб.:БХВПетербург, 2005. 256с.
Цилюрик О., Горошко Е. QNX/UNIX: анатомия паралеллизма. –
СПб.:Символ-Плюс, 2006. 288с.
Робачевский А.М., Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Операционная система
Unix. 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 656с.
Операционная система реального времени QNX Neutrino 6.3.
Системная архитектура: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
336с.
Фленов М.Е. Программирование на Delphi глазами хакера. – СПб.:
БХВ-Петербург, 2003. 336с
Фленов М.Е. Программирование на С++ глазами хакера. – СПб.:БХВПетербург, 2006. 336с.
Джонсон М. Харт. Системное программирование в среде Win32. – М.:
Вильямс, 2001, 446с.
Шилдт Г. Самоучитель С++. – СПб.:БХВ, 2005. 688с.
Красиков И.В., Красикова И.Е. Алгоритмы. Просто как дважды два. М.:Эксмо, 2006. 256с.
Практика работы с QNX. Алексеев Д., Ведревич Е., Цилюрик О. и др. –
М.: КомБук, 2004. 432с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
15.Кёртен Р.Введение в QNX Neutrino 2. Руководство для разработчиков
приложений реального времени. – СПб.:БХВ-Петербург, 2005. 400с.
16.Богумирский Б. Оптимизация и настройка Windows 98 для
профессионалов. – СПб: Изд-во «Питер», 1999. 400с.
17.Касперский К. Техника и философия хакерских атак. – М.:Солон-Р, 1999.
272с.
18.Касперский К. Техника сетевых атак. – М.:Солон-Р, 2001. 396с.
19.Касперский К. Образ мышления – дизассемблер IDA. – М.:Солон-Р, 2001.
472с.
20.Касперский К. Укрощение Интернета. – М.:Солон-Р, 2002. 284с.
21.Касперский К. Фундаментальные основы хакерства. – М.:Солон-Р, 2002.
445с.
22.Айрапетян Р.А. Отладчик SoftICE подробный справочник – М.:Солон-Р,
2003. 302с.
23.Культин Н. С/С++ в примерах и задачах. – СПб.:БХВ, 2006. 288с.
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ
24. Информационные технологии и вычислительные системы. 2013, №1-3
25. Информационные технологии и вычислительные системы. 2012, №1-4
26. Информационные технологии и вычислительные системы. 2011, №1-4
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
27. HTTP://COMMUNITY.QNX.COM/SF/PROJECTS/BSP/
28. http://msdn.microsoft.com/
18. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Изучение дисциплины базируется на использовании современных
вычислительных средств архитектурной линии IBM PC с установленными
операционными системами QNX Neutrino и Windows XP и
инструментальными системами IDE Momentics и Visual Studio.
Рабочую программу составил доцент Балаев А.Ф. «___»________/_________/