Принципы организации операционных систем

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики и компьютерных наук
Кафедра информационной безопасности
Бойко А.В.
Принципы организации операционных систем
Учебно-методический комплекс
Рабочая программа для студентов
специальности
090102.65 «Компьютерная безопасность»
очной формы обучения
Тюменский государственный университет
2013
2
А.В. Бойко. Принципы организации операционных систем
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов
специальности 090102.65 – «Компьютерная безопасность», очной
формы обучения. Тюмень, 2013, 12 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС
ВПО.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Вычислительные сети [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk.utmn.ru, свободный.
Рекомендован к изданию кафедрой информационной безопасности.
Утверждено
проректором
по
учебной
работе
Тюменского
государственного университета.
Ответственный
редактор:
А.А.Захаров,
информационной безопасности, д.т.н., проф.
зав.
кафедрой
© Тюменский государственный университет, 2013
© Бойко А.В., 2013
3
1. Пояснительная записка
Дисциплина изучается специальностью «Компьютерная безопасность» в 10
семестре в цикле дисциплин специализации. Вид итогового контроля – экзамен.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Принципы организации операционных систем» имеет целью
обучить студентов общим принципам дизайна, построения и эксплуатации
операционных систем, а также содействовать фундаментализации образования и
развитию системного мышления. Данный курс также призван расширить кругозор в
сочетании с получением необходимых практических навыков. Дисциплина
является базовой для изучения курса «Принципы организации операционных
систем». Знания, умения и практические навыки, полученные в результате
изучения дисциплины «Принципы организации операционных систем»,
используются обучающимися при изучении естественно-научных дисциплин, а
также при разработке курсовых и дипломных работ.
Задачи дисциплины:
 обучить основам организации и построения сетевых операционных систем;
 дать основы технологий и протоколов, используемых в современных
операционных системах.
 изучить стратегии управления и разграничения доступа к ресурсам
 изучить программное обеспечение, сформировать умение определять место
изучаемых процессов среди других технических систем, построение
изучаемых систем в различной предметной области, оценка их
характеристик;
 обучить основам администрирования операционных систем;
1.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны
иметь представление:
 о видах и назначении современных операционных систем;
 о архитектуре и принципах работы сетевых операционных систем;
 о взаимосвязях между различными элементами операционной системы;
знать:
 направления развития и место операционной системы в составе
информационной системы;
 структуру современных сетевых операционных систем, методы их
администрирования и управления;
 назначение и функции ОС;
 логику функционирования операционных систем;
 принципы работы основных подсистем ОС;
 основные механизмы управления ресурсами вычислительной системы;
 характеристики и классификацию ОС;
 современные
принципы
построения
распределенных
систем
администрирования и управления ОС, их программную структуру, протоколы
и службы;
4
уметь:
 формализовать поставленную задачу;
 разбить задачу на компоненты, решаемые различными сетевыми
протоколами и оборудованием;
 применять полученные знания к различным предметным областям;
 ставить и решать задачи администрирования и конфигурирования операционных
систем;
 пользоваться инструментальными средствами ОС;
 устанавливать и конфигурировать ОС Windows Server/Linux;
 управлять работой подсистем и служб ОС;
иметь навыки:
 работы с интерфейсом в среде различных оболочек операционных систем;
 администрирования сетевых операционных систем, серверов-кластеров.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид занятий
Семестр
10
75
48
24
24
27
+
экзамен
Всего часов
Общая трудоемкость
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Контрольные работы
Вид итогового контроля
75
48
24
24
27
Самост. работа
Итого
количество
баллов
1.
2.
Модуль 1.
Основы администрирования и управления в
1
распределённых информационных системах..
Состав и структура операционной системы и
2
сетевой среды.
Состав и структура операционной системы
3
Всего
Модуль 2.
Программная структура административного
4
управления ОС.
Стандарты ISO. SMF-функции
5
административного управления
Лабораторные
работы
Наименование темы
Лекции, час.
№ п/п
3. Тематический план изучения дисциплины
3.
4.
5.
6.
3
2
3
7
3
4
3
10
2
2
3
7
24
3
2
4
15
2
3
2
11
5
SFMA-функциональные области
административного управления
Всего
Модуль 3.
Конфигурация ресурсов и ее модель. Внешние
7
параметры.
Механизмы хранения и обработки
8
информации в ОС
Виртуализация физических ресурсов
9
Всего баллов
Итого (часов, баллов)
6
2
2
1
11
37
3
2
2
9
3
3
4
15
3
4
5
24
24
27
15
39
100
4. Содержание разделов дисциплины
1. Основы администрирования и управления в распределённых информационных
системах. Общие сведения об распределенных системах. Задачи сетевого и
системного администратора. Распределенные информационные системы: цели
создания, выполняемые функции, структура распределенных информационных
систем, классификация. Задачи администратора: области сетевого и
системного
администрирования,
различия
между
ними;
цели
администрирования,
основные
подходы
к
снижению
затрат
на
администрирование, автоматизация.
2. Состав и структура операционной системы и сетевой среды. Предпосылки
возникновения сетей: краткая история развития ЭВМ и методов доступа к ним,
сети для организаций, сети для индивидуальных пользователей, социальное
влияние Ведение и обработка системной информации. Организация системных
баз данных. Сетевые информационные службы. Сопровождение сетевых
файловых систем. Иерархия протоколов, основные вопросы организации
уровней, сервис и интерфейсы, сервис с соединением и сервис без соединения,
примитивы сервиса, взаимосвязь услуг и протоколов.
3. Обзор архитектуры современных ОС. MS Windows Server 2008/2012, Debian Linux
7x, CentOS 6.x , Общие сведения об ОС семейства Unix, Linux. История
развития. Установка и предварительное конфигурирование. Конфигурирование
сетевых служб в ОС, Настройка DNS-сервера, DHCP-сервера, настройка
удаленного доступа к сетевым ресурсам в ОС.
4. Программная структура административного управления ОС. Управление
взаимодействием открытых систем ВОС. Управление прикладными процессами
и ресурсами ВОС. Функции управления прикладными процессами.
Эталонная модель OSI: физический уровень, уровень канала данных, сетевой
уровень, транспортный уровень, уровень сессии, уровень представления,
уровень приложений, передача данных в МОС модели. Эталонная модель
TCP/IP: межсетевой уровень, транспортный уровень, уровень приложений.
Сравнение моделей МОС и TCP/IP: недостатки модели и протоколов МОС,
недостатки эталонной модели TCP/IP.
5. Стандарты ISO. SMF-функции административного управления. Управление
объектами, состояниями, соотношениями, оповещением об ошибках, услугами,
6
проверками и тестированием, регистрацией. Примеры сетей: ARPANET,
IPX/SPX, NetBIOS, SNA/DNA, Internet.
6. SFMA-функциональные области административного управления Связь SFMA и
SMF. Процедура управления системами общего пользования. Общая
характеристика
структуры
системы
административного
управления.
Производительность,
надежность,
безопасность,
расширяемость
и
масштабируемость, прозрачность, передача разнородных потоков данных
(видео, звук, цифра), управление, совместимость.
7. Конфигурация ресурсов и ее модель. Внешние параметры. База данных
конфигурации. Реконфигурация. Реконфигурация физической среды и
топологии. Трассировка физической среды. Загрузка программного
обеспечения. Протоколы загрузки. Примеры управления конфигурацией.
Методы распределения памяти. Иерархия запоминающих устройств. Принцип
кэширования данных
8. Механизмы хранения и обработки информации в ОС. Физическая организация
устройств ввода-вывода. Организация программного обеспечения вводавывода. Файловая система. Основные понятия. Логическая организация файла.
Операции над файлами и каталогами. Защита файлов. Реализация файловой
системы. Общая модель файловой системы. Управление свободным и занятым
дисковым пространством. Структура файловой системы на диске. Обзор
современных файловых систем.Логическая организация файловых систем FAT,
NTFS, Ext3fs, XFS.
9. Виртуализация физических ресурсов. Понятие виртуальной машины.
Архитектура гипервизоров и уровни виртуализации. Виртуальные коммутаторы
и виртуальные сети. Кластеры виртуализации. Многопроцессорная архитектура
SMP. Кластеры высокой доступности. Средства автоматической балансировки
нагрузки. Пулы ресурсов. Миграция виртуальных машин без прерывания
работы. Распределенные виртуальные коммутаторы. SAN, NAS сетевые
системы хранения данных. Протокол сетей хранения Fiber Channel и iSCSI.
Фабрики сетей хранения данных. Облачные технологии предоставления
ресурсов как услуги SaaS, PaaS, IaaS. Системы учета ресурсов в
вычислительном облаке.
5. Тематика лабораторных занятий
Специальность «Компьютерная безопасность»:
Тема 1: Основы администрирования и управления в распределённых
информационных системах.
1. Системное администрирование: проектирование, внедрение и сопровождение
сетевых операционных систем.
2. Основные инструменты управления и мониторинга распределенных ОС.
Тема 2: Состав и структура операционной системы и сетевой среды.
3. Специализированные файловые средства многопользовательских ОС, Функции
операционных систем.
7
4. Определение процесса и понятий с ним связанных. Планирование процессов. Гонки.
Синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.
Тема 3: Обзор архитектуры современных ОС
5. Установка и конфигурирование ОС Windows Server 2008 R2.
6. Установка и конфигурирование ОС CentOS 6.5.
7. Распределенные операционные системы. Аппаратная поддержка распределенных
операционных систем.
Тема 4: Программная структура административного управления ОС.
8. Сети передачи данных. Основные определения.
9. Сетевые топологии. Типы сетей, Стек TCP/IP.
Тема 5: SFMA-функциональные области административного управления.
10. Изучение инструментов аудита и конфигурирования ОС в распределенных
сетях.
Тема 6: Конфигурация ресурсов и ее модель. Внешние параметры.
11. Управление виртуальной памятью в ОС WIndows. Стратегии размещения,
подкачек, вытеснения.
12. Взаимодействие между процессами в Unix. Сигналы. Классы сигналов.
Работа с сигналами.
13. Состояния процесса в ОС Unix. Системные функции управления процессами
14. Распределенные
операционные
системы.
Аппаратная
поддержка
распределенных операционных систем.
Тема 8: Механизмы хранения и обработки информации в ОС.
15. Управление файловой системой, управление устройствами ввода/вывода.
16. Управление виртуальной памятью в ОС WIndows. Стратегии размещения,
подкачек, вытеснения.
17. Изучение структуры файловых систем NTFS/FAT с использованием
редактора диска.
18. Установка и конфигурирование SAMBA-Server в ОС Linux.
Тема 9: Виртуализация физических ресурсов
19. Установка гипервизора, создание виртуальной машины, конфигурирование
виртуального коммутатора.
20. Создание кластера виртуализации, конфигурирование средств высокой
доступности и балансировки нагрузки.
6.
Самостоятельная работа.
Самостоятельная работа включает в себя:
1. Изучение дополнительного материала по теме.
2. Изучение научной периодики (печатных и электронных изданий) по
теме (работа в библиотеке).
3. Выполнение дополнительного практического задания по темам:
Тема 4: Программная структура административного управления ОС.
Тема 7: Конфигурация ресурсов и ее модель. Внешние параметры.
Тема 9: Виртуализация физических ресурсов.
8
7.
Оценка работы студента в рейтинговых баллах
Распределение рейтинговых баллов по модулям, видам работ и
контроля.
Виды работ и
контроля
8 семестр
Лекции
Лабораторные
работы
Самостоятельная
работа
Итого за работу в
семестре
Итоговый контроль
(экзамен)
Итого
Максимальное количество баллов
Модуль 1
Модуль 2
Модуль 3
Итого
3
16
3
28
3
24
9
68
5
6
12
23
24
37
39
100
Допуск к экзамену, в соответствии с рейтинговой шкалой,
получают студенты, имеющие более 35 баллов. Экзамен
проходит в традиционной форме ответов на вопросы из
билета и позволяет получить оценку, более высокую, чем
полученную студентом в семестре по итогам
рейтинговых баллов.
100
Виды контроля успеваемости, применяемые на аудиторных
занятиях и их оценка в рейтинговых баллах
№
п/п
1.
2.
3.
4.
Вид контроля успеваемости
Максимальное количество баллов
Контроль за посещением лекций
Лабораторная работа
Дополнение к практическому заданию
для самостоятельного выполнения
Контроль за своевременностью
выполнения практических заданий
За посещенную лекцию 1 балл
0-4 баллов
0-2 балла
За несвоевременно сданное
практическое задание (-1) балл в
неделю
Балльная оценка текущей успеваемости студента.
п/№
Темы
Посещение лекции
Модуль 1
1.
2.
3.
Всего
Модуль 2
4.
Формы текущего контроля
Лабораторные
Самостоятельн Итого коработы
ая работа
личество
баллов
0-1
0-1
0-1
0-4
0-8
0-4
0-2
0-1
0-2
0-7
0-10
0-7
0-24
0-1
0-12
0-2
0-15
9
5.
6.
Всего
Модуль 3
7.
8.
9.
Итого
8.
0-1
0-1
0-8
0-8
0-2
0-2
0-11
0-11
0-37
0-1
0-1
0-1
0
0-12
0-12
0-8
0-2
0-2
0-9
0-15
0-15
0 – 100
Вопросы к экзамену
1. Операционная система. Классификация операционных систем. Функции и
назначение операционных систем.
2. Архитектурные
особенности
современных
операционных
систем.
Монолитное ядро. Слоеные системы. Виртуальные машины. Микроядерная
архитектура. Смешанные системы.
3. Классификация операционных систем. Особенности областей применения.
Поддержка многозадачности
4. Аутентификация субъектов в распределенных системах, проблемы и
решения.
5. Средства обеспечения информационной безопасности в ОС Windows
Server 2008. Разграничение доступа к данным.
6. Средства синхронизации потоков в ОС Windows. Функции и объекты
ожидания.
7. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов.
Семафоры. Монитор.
8. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов. Запрет
прерываний. Блокирующие переменные.
9. Понятие файловой системы. Файл. Типы и атрибуты файлов. Логическая
организация файла.
10. Файловая система NTFS, ее особенности. Структура раздела NTFS. Главная
таблица файлов MFT. Разрешения NTFS и их виды.
11. Файловая система NTFS – журналирование, безопасность, сжатие,
шифрование.
12. Применение файловой системы NTFS для обеспечения информационной
безопасности в Windows 2008/7. Списки контроля доступа к данным (ACL)
их роль в разграничении доступа к данным.
13. Понятие процесса. Состояния процесса. Информационные структуры
процесса.
14. Современные операционные системы. Классификационная характеристика
операционных систем семейства UNIX (Linux).
15. Управление Windows-системами, Работа с реестром, Управление
системными службами из командной строки.
10
16. Управление пользователями и учетными записями в Windows. Локальные
пользователи и группы. Профиль пользователя.
17. Применение средств Windows Server 2008 для предотвращения угроз
раскрытия конфиденциальности данных. Шифрование данных. Функции и
назначение EFS.
18. Разграничение доступа к данным в ОС семейства UNIX.
19. Пользователи и группы в ОС Linux/Windows Server.
20. Регистрация и отслеживание событий в ОС Windows, автоматический
мониторинг.
21. Стек протоколов TCP/IP. Основные функции и назначение протоколов ARP,
IP, UDP, TCP.
22. Доменная система имен. Преобразование доменных имен в ip-адреса.
Службы WINS и DNS.
23. Мониторинг операционной системы с помощью триггеров событий,
мониторинг процессов и производительности с использованием командной
строки.
24. Основные этапы разработки защищенной системы: определение политики
безопасности, проектирование модели ИС.
9.
Литература
ОСНОВНАЯ:
1. Мюллер, Д. П. Полное руководство по Microsoft Windows XP [Электронный
ресурс] / Д. П. Мюллер, П. Нортон. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 735 с. - 5-94074167-3. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=131366
(дата обращения 27.02.2014).
2. Олифер, В. Г. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы: учеб.
пособие для студентов вузов, обуч. по напр. "Информатика и
вычислительная техника", по спец. "Вычислительные машины, комплексы,
системы и сети"/ В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 4-е изд. - Санкт-Петербург:
Питер, 2012. - 944 с.
3. Партыка Т.Л, Попов И.И.. Операционные системы, среды и оболочки:
Учебное пособие / - 3-e изд., перераб. и доп. - М.: Форум, 2010. - 544 с. Режим
доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=224882. (дата обращения
23.02.2014).
4.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:
Колисниченко Д. Н. Серверное применение Linux. — 3-е изд., перераб и
доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2011. — 514 с Режим доступа:
http://znanium.com/bookread.php?book=355187. (дата обращения 24.02.2014).
5. Емельянова Н.З., Партыка Т.Л., Попов И.И.. Проектирование
информационных систем: Учебное пособие - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М,
2014. - 432 с. Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=419815.
(дата обращения 24.02.2014).
11
10. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы.
- Вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы;
- база научно-технической информации ВИНИТИ РАН;
- доступ к открытым базам цитирования, в т.ч. springer.com,
scholar.google.com, math-net.ru;
- программный комплекс виртуализации ОС VMware Workstation 7;
- http://www.ietf.org/rfc.html [On-line] - документы IETF – инженерного совета
Интернета.
11. Технические средства и материально-техническое
оснащение.
Лекции читаются в аудитории, оборудованной видеопроектором. В качестве
наглядного материала используются презентации MS PowerPoint.
Лабораторные занятия проводятся в компьютерных классах. Используется
программный комплекс виртуализации вычислительных ресурсов ПК VMware
Workstation.
12