Экзамен (2003/2004 учеб год) Допуск к экзаменам Для получения допуска к экзаменам необходимо выполнить и защитить все лабораторные работы

2. Теория

Введение. Операционная система, среда, оболочка. Определение, назначение, функции, примеры. Классификация операционных систем. Однопрограммные, многопрограммные, многозадачные ОС. Вычислительная система: оборудование (hardware), ОС, программное обеспечение (software), пользователь (user). Суперпользователь (superuser). Администратор. Этапы развития вычислительной техники и ОС.

^ Место и роль ОС в вычислительной системе. Элементы вычислительной системы: процессор, шина, контроллер, память, ОЗУ, ПЗУ, диски, порт (COM/LPT/USB/SCSI), периферийные устройства: модем, сканер, принтер. Элементы ОС: ядро, монитор, резидентные программы, утилиты. Прикладные программы. Устройство (drive) и драйвер устройства (driver).

Виды ЭВМ: суперкомпьютер, суперсервер, кластер, мэйнфрейм, рабочая станция, персональный компьютер (desktop, notebook, palmtop), встраиваемые системы (embedded). Основные параметры (число процессоров, объем ОЗУ, дисковая память), области использования, производители. Виды вычислительных систем. Однопроцессорные компьютеры. Параллельные системы: симметричные, асимметричные. Массовый параллелизм. Системы жесткого и мягкого реального времени. Распределенные системы: тесно связанные и слабо связанные. Кластеры и сети (локальные, глобальные).

Функции ОС. Виды ОС: однопрограммные, многопрограммные, многозадачные ОС. Управление процессами, памятью, внешней памятью, устройствами ввода-вывода, файловая система, сетевые функции, система защиты (оборудования, данных, программ).

Интерфейсы ОС. Интерфейс пользователя. Оболочки. Текстовый и графический режим. Командная строка (DOS/UNIX), меню (NC/VC/FAR), оконный интерфейс (Win), голосовой/речевой интерфейс (Voice Mouse), перспективы. Интерпретатор командной строки. Элементы командной строки: приглашение, команда, параметры. Особенности ввода команд: синтаксис команд, ввод нескольких команд программный канал, буфер команд, редактирование командной строки. Параметры по умолчанию. Мультимедиа. JPEG. MPEG.

Прерывания. Прерывания. Обращение к функциям ОС через прерывания. Адрес прерывания, вектор прерывания, программа обработки прерывания, счетчик команд, слово состояния процессора, стек, память типа FIFO, LIFO. Процесс обработки прерывания.

^ Выполнение программ. Программа, задача, процесс. Однопрограммные, многопрограммные и многозадачные ОС. Текстовый файл, исходный текст программы, исполняемый файл (загрузочный модуль). Пакетный режим, спулинг, буферизация ввода-вывода и печати. Выполнение нескольких программ в UNIX, Windows 98/ME, Windows NT/2000. Виртуальные машины. Java: виртуальная машина Ява, платформа Ява, Ява-чип.

^ Планирование работы процессора. Оптимизация и планирование работы процессора. Диспетчер. Приоритет процесса. Планирование процессов с учетом приоритета. Планирование в симметричных и асимметричных системах. Планирование в системах жесткого и мягкого реального времени.

^ Управление процессами. Передача сообщений. Очередь процессов. Родитель-потомок. Каналы, нити (потоки, threads). Программный канал в командной строке. Стандартный ввод-вывод. Перенаправление ввода-вывода. Направление стандартного вывода в файл. Синхронизация процессов. Тупиковые ситуации, режимы пользователя и монитора (супервизора). Синхронизация процессов. Семафоры. Взаимное блокирование процессов. Режимы пользователя и монитора. Заторы на мосту и на перекрестке, философы за столом. Методы восстановления: останов жертвы, откат. Откат транзакций.

^ Управление ресурсами. Ресурсы для выполнения процесса. Управление ресурсами. Планирование (scheduling). Разделение ресурсов (времени, памяти, дисков, внешних устройств и т.п.) между процессами. Разделение ресурсов в сетях.

^ Файловая система. Форматирование диска и создание разделов. Загрузочная запись. Таблица размещения файлов. Директория (каталог, папка, folder), файл (file).

Дерево файловой системы, корневой каталог, текущая директория. Прямой и последовательный доступ к файлам. Символическая связь файлов. Типы файлов. Атрибуты файлов. Распределенные файловые системы. NFS. Монтирование сетевых директорий и дисков в DOS, Win, UNIX. Файловая система FAT. Таблица размещения файлов. Системная область и область данных. Структура логического диска. FAT16, FAT32, HPFS, NTFS. Производительность, надежность, емкость. Линейная структура и бинарные деревья для поиска файлов. Транзакция и откат.

^ Сетевые функции ОС. Оборудование и ПО вычислительных сетей. Коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, ИК канал. Сетевая карта (адаптер). Сравнение сетей Novell, Mac, Windows, UNIX. Сетевые операционные системы. Компоненты сети. Файловый сервер. Сетевые диски. Сетевая ОС. Разделение ресурсов. Разделение времени, дисков, памяти. Локальные сети. Глобальные сети. Корпоративные сети. Путеводители (проводники, браузеры, навигаторы). Глобальные и локальные сетевые технологии. Интернет и интранет. Распределенная файловая система. Семиуровневая модель ИСО. IP адрес. FTP. HTTP. Сервер печати, электронная почта, сервер базы данных, базы данных типа «клиент-сервер», SQL запросы. Эмуляция терминала, Telnet, X-Windows. Технология Web/DB.

^ Управление памятью. ОЗУ, ПЗУ и внешняя память. Иерархия устройств хранения информации (кэш, ОЗУ, гибкие и жесткие магнитные диски, магнитные ленты, оптические, лазерные, компакт-диски, магнито-оптические диски, перфокарты и перфоленты). Быстродействие, стоимость, области применения запоминающих устройств. Стек, память типа FIFO и LIFO. Прямой доступ к памяти. Электронный диск. Кэш (СОЗУ). Флэш-память.

Оверлей и свопинг. Логическое и физическое адресное пространство. Механизм образования «дыр» в ОЗУ. Дефрагментация ОЗУ. Многосекционная, многостраничная организация памяти. Виртуальная память, таблица адресов страниц. Шина адреса. Планирование и оптимизация работы внешней памяти (дисков). Диск, сектор, дорожка, блок, кластер. Дефрагментация диска.

Статическое и динамическое выделение памяти. Внешняя и внутренняя фрагментация памяти. Простое непрерывное распределение памяти. Диспетчер памяти. Дефрагментация памяти. Сборка "мусора". "Утечка" памяти. Сегментная организация памяти. Таблица дескрипторов. Дисциплина замещения: FIFO, LRU, LFU, random. Страничная организация памяти. Физические и виртуальные страницы. Рабочее множество. Файл подкачки. Сегментно-страничная организация виртуальной памяти. Сегмент. Смещение. Виртуальная страница. Индекс. Таблица адресов страниц.

Примеры управления памятью. DOS. Стековый порядок загрузки. Состав DOS. Win 95/98. Win NT/2000. Виртуальное адресное пространство. Буфер обмена (clipboard). OLE. DDE. Диспетчер виртуальной памяти. DLL. Приложения Win16/Win32.

Функции защиты. Защита и безопасность. Защита вычислительной системы: назначение, функции, организация, выбор. Аутентификация, авторизация, контекст доступа. Пароль, хэш, криптография. Группы пользователей/объектов. Права по умолчанию. Защита памяти. Режимы пользователя, суперпользователя, монитора. Защита памяти. Вирусы, черви, троянские программы. Выбор пароля. Словарная атака. DoS. Защита информации в сети.

Администраторы (три вида). Несанкционированный доступ. Защита оборудования, ПО, данных. Безопасность. Мероприятия на "физическом" и "человеческом" уровне. Безопасность DOS, Mac OS, Win 98, Win NT/2000, UNIX. Безопасность в интернет и интранет.

^ Установка и загрузка ОС. Инсталляция и конфигурирование операционной системы, начальная загрузка. Дистрибутив (установочная версия ОС). Драйвер устройства. Устройства Plug-and-Play. Лицензионное и пиратское ПО. Необходимость переустановки ОС. Бездисковый терминал. Windows-терминал. Загрузка ОС. "Горячая" и "холодная" перезагрузка. Загрузочная запись. Первичный, расширенный, активный, логический разделы. Главная загрузочная запись. Программа начальной загрузки.

^ Примеры современных ОС и перспективы развития. Обзор и сравнительный анализ современных ОС: MS DOS, MS Windows 95/98/ME, NT/2000/XP, OS/2, Mac OS, UNIX, Linux, QNX. Выполнение нескольких программ в UNIX, Windows 98, Windows NT. Виртуальная машина Ява, платформа Ява, Ява-чип.

Мультипрограммная, многопользовательская ОС UNIX. История, генеалогия. Multics. LINUX. Переносимость. Файловая система. Ядро. Виртуальная машина. Образ процесса. Страничная виртуальная память. login. shell. Домашний каталог. Текстовый и графический интерфейс. ОС UNIX. Пользовательский и системный режим выполнения процесса. Сменные тома. Межпроцессные коммуникации. Сигнал, семафор, конвейер, очередь сообщений. Порядок чтения сообщений: FIFO, LIFO, приоритетный, произвольный. Разделяемая память. Вызов удаленных процедур RPC.

OS/2. Основные характеристики и возможности. Графический оконный интерфейс. Двусторонняя связь между объектами и значками. Shortcat (ярлык) и Shadow (тень). Быстродействие. Поддержка многопроцессорных систем.

Системная интеграция. Выбор компьютерной платформы и ОС при построении информационных систем. Обоснование сетевых решений. Технологии «клиент-сервер» в ОС (X-Windows) и базах данных (SQL). Встроенные приложения (embedded systems). Аспекты применения ОС. Человеческий фактор. Компьютерная этика. "Копирайт" и "копилефт". Свободно распространяемое ПО (freeware).


3. Практика

• Как обосновать выбор ОС, аппаратной платформы, сетевых решений при построении информационной системы (в экономике, промышленности, образовании)?
  
• Можно ли заразить вирусами ОС UNIX и почему?
  
• Что нужно для подключения к компьютеру периферийных устройств (модема, сканера, принтера)?
  
• Нужно ли хранить дистрибутивы ОС и драйверы после того, как все установлено на компьютер и почему?
  
• Как установить несколько ОС на один компьютер?
  
• Всегда ли нужно иметь на диске активный раздел?
  
• Нужно ли делать активный раздел на съемном диске и почему?
  
• Как выбрать пароль, который легко запомнить и трудно подобрать?
  
• Сколько комбинаций можно составить из N двоичных разрядов и почему?
  
• Сколько комбинаций можно закодировать с помощью 1 байта?
  
• Сколько бит в одном байте?
  
• Сколько байт в 1 кб, 1 Гб, 1 Мб, 1 Эб, 1 Тб?
  
• За сколько времени можно передать 100 Мб по сети при скорости 10 Мбит/сек?
  
• Сколько информации умещается на дискете, винчестере, стриммерной кассете, компакт-диске?
  
• На файловом сервере установлена ОС Win 2000, но он медленно работает. Можно ли улучшить его быстродействие, не меняя оборудование?
  
• Где найти драйверы устройств?
  
• Как компьютерные вирусы используют прерывания ОС?
  
• Чем удобна буферизация печати в многозадачных ОС?
  
• Как организовать печать на одном принтере с нескольких компьютеров?
  
• Как можно использовать возможности Ява в интернет и интранет?
  
• Облегчается ли составление программ с использованием стандартного ввода-вывода?
  
• Может ли пользователь изменить приоритет процесса?
  
• Как влияет выбор метода восстановления после блокировки на надежность вычислительной системы и защиту информации?
  
• В чем разница между микросхемами ОЗУ и флэш-памяти?
  
• Как провести дефрагментацию диска?
  
• В чем различие между атрибутами файлов в DOS/Win 98 и UNIX/Win 2000?
  
• Что упрощается при использовании технологии Web/DB?
  
• Как можно скопировать файлы с одного компьютера на другой?
  
• Чем определяется уровень безопасности вычислительной системы?
  
• Почему рекомендуется периодически выполнять перезагрузку сервера?
  
• При какой организации памяти нужна аппаратная поддержка и почему?
  
• В чем состоят трудности использования DLL в Win NT/2000/XP?
  
• Возможно ли преобразование тома FAT в том NTFS и наоборот?
  
• Чем отличаются атрибуты файлов в UNIX и Win 98/ME?
  
• Что дает использование распределенной файловой системы NFS?
  
• Почему OS/2 не стала самой распространенной ОС для ПК, несмотря на свои преимущества?
  
• Чем различается информация, передаваемая по сети в базах данных с файловым сервером и технологией клиент-сервер?
  
• Как влияет наличие активного раздела на порядок обозначения дисков?
  
• Как организовать несколько дисков на одном винчестере?
  

4. Темы для самостоятельного изучения

• История разработки UNIX
  
• Сетевые ОС
  
• ОС реального времени
  
• ОС для карманных компьютеров
  
• ОС для организации вычислительных кластеров
  
• Системная интеграция
  
• Дескриптор прерываний
  
• Средства ОС для поддержки Win API
  
• Прямой доступ к памяти
  
• ОС как среда выполнения программ. Параметры окружения.
  
• Поддержка Java в современных ОС.
  
• Организация свопинга в Win 98/ME, Win 2000, UNIX.
  
• Организация разделов диска. Partition Magic.
  
• Возможности шины USB, взаимодействие с ОС.
  
• Файловая система UNIX (s5, VFS, NFS).
  
• Дескриптор файла. Узел файловой системы i-node.
  
• ОС Novell Netware.
  
• Удаленный доступ в компьютерных сетях.
  

Пример экзаменационного билета

Экзаменационный билет № ХL 1. Операционная система. Процессор. Администрирование. 2. Операционная система, среда, оболочка. Определение, назначение, функции, примеры. Вычислительная система: hardware+ОС+software+user. Superuser. Администраторы ОС (3 вида). 3. Как обосновать выбор ОС и аппаратной платформы для информационной системы на крупном предприятии? 4. OS/2. Характеристики и возможности. Графический интерфейс пользователя. 5. Дескриптор файла. Узел файловой системы i-node.

Источники информации

• конспекты лекций (основные понятия, идеи, концепции)
  
• старые советские книги по ОС (теория ОС без примеров, основы UNIX, история ЭВМ), например
  

Грибанов В.П., Дробин С.В., Медведев В.Д. Операционные системы.- М.: Финансы и статистика, 1990.- 239 с.

Соловьев Г.Н., Никитин В.Д. операционные системы ЭВМ.- М.: Высшая школа, 1989.- 255 с.

• новые российские книги (примеры существующих ОС без теории)
  
• книги на английском языке (концепции ОС): Silberschatz, Tanenbaum - имеются в библиотеке УГАТУ
  
• доступные книги для начинающих:
  

Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя.

Ахметов К. Курс молодого бойца

Серия книг "Для сомневающихся" (для чайников)

• свежие отечественные и переводные книги, например
  

Иртегов Д. Введение в операционные системы.- СПб.: БХВ, 2002.- 624 с.

Гордеев А.В, Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение.- СПб.: Питер, 2002.- 736 с.

Таненбаум Э. Современные операционные системы.- СПб.: Питер, 2002.- 1040 с.

• словари:
  

компьютерных терминов;

толковые (русского и английского языка);

происхождения слов (этимологические)

• образовательная программа, в том числе:
  

стандарт специальности 351400 ПИЭ (ika.ru)

учебный план специальности ПИЭ

рабочая программа по ОС

• журналы и газеты по компьютерам (доступное изложение теории и примеры)
  
• рекламные материалы на компьютерных выставках
  
• прайс-листы и образцы на прилавках компьютерных магазинов
  
• интернет (теория, примеры, история и др.), например
  

u/cdo/programmes/os/

• сервер каф. АСУ УГАТУ: .ac.ru
  
• проект "АСУ кафедры АСУ": http:/arkov.narod.ru
  
• телепередачи, например "Большая паутина" на ТВС
  

© 2004 Арьков В.Ю. od.ru. Email:arkov@asu.ugatu.ac.ru