МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Новокузнецкий институт (филиал)

Факультет информационных технологий

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(СД.ДС.Ф.4) ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

для специальности 010501.65 Прикладная математика и информатика Специализация 010211 «Системное программирование»

Новокузнецк 2013 Рабочая программа дисциплины специализации (СД.ДС.Ф.4) ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ федерального компонента составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования второго поколения по специальности 010200 – Прикладная математика и информатика, утвержденному 23 марта 2000 г., номер государственной регистрации 199 ЕН / СП для специализации «Системное программирование»

Автор Веревкин С.В., канд. техн. наук, доцент ВАК, доцент кафедры Рецензент (ы) Зельцер С. Р., канд. техн. наук, профессор кафедры автоматизации и информационных систем ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры систем автоматизации управления « 14 » января 2013 г. Протокол № Заведующий кафедрой _ И.А. Жибинова (подпись) Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета информационных технологий « 15 » января 2013 г. Протокол № Председатель методической комиссии Н.Б. Ермак Пояснительная записка Цели и задачи изучения дисциплины освоение студентами терминологии, технологии и методологии функционирования локальных и глобальных сетевых операционных систем, а также изучение конкретных особенностей работы с наиболее распространенными сетевыми операционными системами. Рассмотреть основные понятия теории ОС: процесс, ядро, мультипрограммирование, идентификатор и дескриптор процесса, прерывание, событийное программирование. Изучить режимы работы сетевых ОС. Рассмотреть классификации сетевых операционных систем. Получить практические навыки установки сетевых операционных систем и их администрирования. Рассмотреть средства защиты информации в сетевых ОС. Освоить программные средства человекомашинного интерфейса.

Настоящая рабочая программа разработана в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для специальности: 010501.65 «Прикладная математика и информатика» НФИ КемГУ.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины В итоге изучения дисциплины студент должен:

знать базовые понятия и терминологию курса сетевых ОС; понятие мультипрограммирования; понятия процесса и ядра; структура контекста процесса;

понятия идентификатора и дескриптора процесса; понятия приоритета и очереди процессов; понятие событийного программирования; понятие событийного программирования; понятие прерывания; механизм реализации виртуальной памяти;

уметь работать в выбранной среде; освоить новую операционную систему или программную оболочку; получать информацию о пользователях, процессах, каталогах, справку о командах системы; выполнять обмен сообщениями с другими пользователями; создавать и просматривать каталоги, копировать, перемещать и удалять файлы, управлять режимом доступа к файлам; создавать, просматривать и объединять файлы, поиск файлов по заданным свойствам, использовать конвейеры и переадресацию ввода-вывода;

обладать навыками управлять параметрами загрузки сетевой операционной системы, выполнять конфигурирование аппаратных устройств, управлять учетными записями, настраивать параметры рабочей среды пользователя, управлять дисками и файловыми системами, настраивать сетевые параметры, управлять разделением ресурсов в локальной сети.

Структура учебной дисциплины.

Учебная дисциплина «Локальные и глобальные сетевые операционные системы»

состоит из лекционного цикла и практической части (лабораторные и практические занятия).

Контроль усвоения знаний: 3 курс - экзамен по итогам теоретического курса;

текущий контроль графика выполнения лабораторных и практических работ, по результатам которых ставится зачет; 4 курс - экзамен по итогам теоретического курса;

текущий контроль графика выполнения практических работ и курсовой работы.

Область применения дисциплины: управление локальными и глобальными сетевыми операционными системами.

Тема 1. Сетевые операционные системы (ОС). Назначение и функции сетевых ОС.

Мультипрограммирован времени.

Многопользовательский режим работы.

Тема 3. Классификация сетевых операционных систем.

Тема 4. Модульная структура построения сетевых ОС и их Управление процессором. Понятие процесса и ядра.

Тема 5. Сегментация виртуального адресного пространства процесса.

Структура контекста процесса.

Идентификатор и дескриптор процесса.

Тема 6. Иерархия процессов.

Диспетчеризация и синхронизация процессов.

Тема 7. Понятия приоритета и очереди процессов. Средства обработки сигналов.

Понятие событийного программирования.

Тема 8 Средства коммуникации процессов.

Тема 9. Способы реализации мультипрограммирован ия. Понятие прерывания.

Многопроцессорный режим работы.

Тема 10. Управление памятью. Совместное использование памяти.

Защита памяти.

Механизм реализации виртуальной памяти.

Стратегия подкачки Тема 11. Сетевые протоколы. Основные Тема 12. Управление совместное использование.

Тема 13. Резервное копирование данных.

Службы резервного копирования.

Тема 14. Мониторинг сетевых узлов.

Тема 15. Оперативный производительности Содержание частей, разделов и тем курса Тема 1. Сетевые операционные системы (ОС). Назначение и функции сетевых ОС.

Появление первых операционных систем. Появление мультипрограммных операционных систем для мэйнфреймов. Операционные системы и глобальные сети.

Операционные системы мини-компьютеров, первые локальные сети. Развитие операционных систем в 80-е годы. Особенности современного этапа развития операционных систем.

Управление процессами. Управление памятью. Управление файлами и внешними устройствами. Защита данных и администрирование. Интерфейс прикладного программирования. Пользовательский интерфейс. Требования к современным операционным системам.

Тема 2. Мультипрограммирование. Режим разделения времени.

Многопользовательский режим работы.

Мультипрограммирование. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. Мультипрограммирование в системах разделения времени.

Мультипрограммирование в системах реального времени. Мультипроцессорная обработка. Планирование процессов и потоков. Понятия «процесс» и «поток». Создание процессов и потоков. Планирование и диспетчеризация потоков. Состояния потока.

Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании. Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах.

Смешанные алгоритмы планирования. Моменты перепланировки.

Тема 3. Классификация сетевых операционных систем.

Операционные системы для автономного компьютера. ОС как виртуальная машина. ОС как система управления ресурсами. Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера. Сетевые операционные системы.

Сетевые и распределенные ОС. Функциональные компоненты сетевой ОС. Сетевые службы и сетевые сервисы. Встроенные сетевые службы и сетевые оболочки.

Одноранговые и серверные сетевые операционные системы. ОС в одноранговых сетях.

ОС в сетях с выделенными серверами.

Тема 4. Модульная структура построения сетевых ОС и их переносимость.

Управление процессором. Понятие процесса и ядра.

Основные принципы построения сетевых операционных систем. Принцип модульности. Принцип функциональной избирательности. Принцип генерируемости.

Принцип функциональной избыточности. Принцип виртуализации. Принцип независимости программ от внешних устройств. Принцип совместимости. Принцип мобильности (переносимости). Принцип обеспечения безопасности вычислений.

Ядро и вспомогательные модули сетевых ОС. Ядро в привилегированном режиме.

Многослойная структура сетевых ОС. Аппаратная зависимость и переносимость сетевых ОС. Типовые средства аппаратной поддержки сетевых ОС. Машинно-зависимые компоненты сетевых ОС. Переносимость сетевой операционной системы. Концепция микроядерной архитектуры. Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры.

Совместимость и множественные прикладные среды. Двоичная совместимость и совместимость исходных текстов. Трансляция библиотек. Способы реализации прикладных программных сред.

Тема 5. Сегментация виртуального адресного пространства процесса. Структура контекста процесса. Идентификатор и дескриптор процесса.

Регистры процессора. Привилегированные команды. Средства поддержки сегментации памяти. Виртуальное адресное пространство. Преобразование адресов.

Защита данных при сегментной организации памяти. Сегментно-страничный механизм.

Реальный и защищенный режим работы процессора. Диаграмма состояний процесса.

Структура контекста процесса. Идентификаторы процессов и потоков на примере сетевой ОС UNIX. Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы. Средства синхронизации и связи при проектировании взаимодействующих вычислительных процессов. Системные вызовы.

Тема 6. Иерархия процессов. Диспетчеризация и синхронизация процессов.

Иерархия процессов. Синхронизация процессов и потоков. Цели и средства синхронизации. Необходимость синхронизации и гонки. Критическая секция.

Блокирующие переменные. Семафоры. Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных вычислительных процессов. Примеры тупиковых ситуаций и причины их возникновения.

Тема 7. Понятия приоритета и очереди процессов. Средства обработки сигналов.

Понятие событийного программирования.

Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы планирования. Алгоритмы планирования основанные на квантовании и на приоритетах. Планирование в сетевых ОС.

Моменты перепланировки. Синхронизирующие объекты ОС. Сигналы. Механизм прерываний. Процедуры обработки прерываний. Интерфейс прикладного программирования WinAPI.

Тема 8 Средства коммуникации процессов.

Обмен данными между процессами и потоками. Конвейеры. Именованные конвейеры, очереди сообщений, разделяемая память. Примеры коммуникации процессов всетевых ОС.

Тема 9. Способы реализации мультипрограммирования. Понятие прерывания.

Многопроцессорный режим работы.

Мультипрограммирование на основе прерываний. Назначение и типы прерываний.

Механизм прерываний. Программные прерывания. Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ОС. Функции централизованного диспетчера прерываний на примере Windows NT. Процедуры обработки прерываний и текущий процесс.

Тема 10. Управление памятью. Совместное использование памяти. Защита памяти.

Механизм реализации виртуальной памяти. Стратегия подкачки страниц.

Функции ОС по управлению памятью. Типы адресов. Алгоритмы распределения памяти. Распределение памяти фиксированными разделами. Распределение памяти динамическими разделами. Перемещаемые разделы. Свопинг и виртуальная память.

Страничное распределение. Сегментное распределение. Сегментно-страничное распределение. Разделяемые сегменты памяти. Кэширование данных.

Тема 11. Сетевые протоколы.Основные службы.

Основные сетевые протоколы. Уровни представлений сетевых протоколов.Сетевые службы и их свойства. Службы доступа к файлам и принтерам. Планировщик пакетов QoS. Сетевые клиенты. Сетевые протоколы OSI.

Тема 12. Управление ресурсами, их совместное использование.

Служба для совместного использования ресурсов файловой сиcтемы. Служба для совместного использования принтеров. Служба справочника.Управление вводомвыводом.

Тема 13. Резервное копирование данных. Службы резервного копирования.

Типы резерного копирования данных. Службы и утилиты резервного копирования и архивирования данных. Утилита ntbackup.

Тема 14. Мониторинг сетевых узлов.

Службы и утилиты сетевого мониторинга.

Тема 15. Оперативный анализ производительности сетевых ОС.

Критерии оптимизации производительности операционной системы. Утилиты для оптимизациии ОС.

Содержание практических и лабораторных занятий Практические и лабораторные занятия проводятся в компьютерных классах. На практических занятиях проводится подготовительные работы по изучению теоретического материала и составлению блок-схем программ для выполнения лабораторных работ.

6 семестр (8 практических занятий, 16 лабораторных занятий) Лаб. раб. №1 Основные команды MS-DOS (повторение) – перемещение по файловой системе, создание и удаление файлов и каталогов, копирование и переименование файлов. Команды проверки на совпадение файлов. DOSKEY!! (1 практическое занятие, 2 лабораторных занятия) Лаб. раб. №2 Конвейеры и фильтры. Смысл сцепления команд в конвейер. Командыфильтры MORE, SORT, FIND. Создание простых командных файлов. ( практических занятий, 4 лабораторных занятия) Лаб. раб. №3 Организация разветвленных командных файлов с циклами и параметрами.

(2 практических занятия, 4 лабораторных занятия) Зачетное занятие по командным файлам. (1 практическое занятие, 2 лабораторных Лаб. раб. №4 Обработка прерываний (программа на языке Pascal). Резидентная программа – нажатие клавиш сопровождать звуковым сигналом, длительность и частоту сигнала задавать в командной строке. (2 практических занятий, 4 лабораторных 7 семестр (17 лабораторных занятий) Лаб. раб. №5 Обработка прерываний (программа на языке Pascal). Резидентная программа – "будильник". Интервал "тиканья" и время "звонка" задавать в качестве параметров при запуске программы. (2 занятия) Лаб. раб. №6 Обработка прерываний (программа на языке Pascal). Резидентная программа-таймер, выводящая показания времени с заданным дискретом и в заданном месте экрана (данные вводить как параметры командной строки). ( Защита работ №№ 4–6. (2 занятия) Лаб. раб. №7 Параллельные процессы – эмуляция параллельной работы с помощью прерываний. Схема "производитель – потребитель". (2 занятия) 1) Защита работы №7. Выдача контрольной работы.

2) Выполнение контрольной работы Выполнение контрольной работы (2 занятия) 1) Выполнение контрольной работы 2) Защита контрольной работы Лаб. раб. №8 Параллельные процессы – эмуляция параллельной работы с применением семафоров. (2 занятия) 1) Защита работы № 2) Решение задач на параллельные потоки и семафоры. Схемы «клиент– официант», «читатель–писатель».

Консультационное занятие по выполнению курсовой работы (1 занятие) Защита курсовой работы (2 занятия) Решение задач (подготовка к экзамену). (2 занятия) 1) Решение задач (подготовка к экзамену).

2) Зачетное занятие. Получение допуска к экзамену.

3. Учебно-методическое обеспечение по дисциплине Основная литература:

1. Войтов, Н.М. Администрирование ОС Red Hat Enterprise Linux. Учебный курс – М. :

ДМК Пресс, 2011. – 192 с. – Режим доступа:

http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=1081;

2. Назаров,С.В. Операционные системы : практикум: учебное пособие. - Москва :

Кнорус, 2012. - 376 с. - Гриф УМО "Рекомендовано". - ISBN 978-5-406-00886-7 : 25 экз.

Дополнительная литература 1. Чекмарев, Ю.В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации [Электронный ресурс] : Издание 2–ое, исправленное и дополненное. – М.: "ДМК Пресс", 2009. – 184с.:

ил. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/1146/;

2. А.В. Гордеев, А.Ю.Молчанов Операционные системы. Учебник / А.В. Гордеев, А.Ю.Молчанов Допущено Министерством образования РФ в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”, “Автоматизированные системы обработки информации и управления” – Питер, 2006., -663 с. - Гриф МО ”Допущено”. ISBN 5-94723-632-x 978-5-94723-632-3;

3. Назаров С. В. Операционные среды, системы и оболочки. Основы структурной и функциональной организации: Учеб. пособие / Назаров С. В. Книга предназначена для студентов вузов экономического профиля, обучающихся по специальностям «Прикладная информатика в экономике», 080700 «Бизнес-информатика», «Информатика и вычислительная техника» и 010500 «Прикладная математика и информатика» - КУДИЦ-ПРЕСС, 2007.- 504 стр.;

4. Партыка Т.Л., Попов И.И. Операционные системы, среды и оболочки: Учебное пособие. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003. – 400с. ( Допущено Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов по специальностям «Информатика и вычислительная техника») 7 экз.

Средства обучения 1. ОС Windows. ОС Linux. Microsoft “Visual Studio 98” или “Visual Studio 2005” – межплатформенная и межъязыковая среда разработки приложений в WIN32API.

4 Формы текущего, промежуточного и рубежного контроля 4.1 Формы и порядок проведения контроля. Критерии оценки знаний студентов.

В 6 семестре предусмотрены учебным планом экзамен и зачет.

В 7 семестре предусмотрены учебным планом экзамен и выполнение курсовой работы.

Критерии оценки знаний студентов в целом по дисциплине (на экзамене):

«отлично» выставляется студенту, показавшему всесторонние, систематизированные, глубокие знания учебной программы дисциплины и умение уверенно применять их на практике при решении конкретных задач, свободное и правильное обоснование принятых решений;

«хорошо» - выставляется студенту, если он твердо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике, но допускает в ответе или в решении задач некоторые неточности;

«удовлетворительно» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный, разрозненный характер знаний, недостаточно правильные формулировки базовых понятий, нарушения логической последовательности в изложении программного материала, но при этом он владеет основными разделами учебной программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять полученные знания по образцу в стандартной ситуации;

«неудовлетворительно» - выставляется студенту, который не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в формулировках основных понятий дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.

4.2 График самостоятельной работы 130 часов - Аудиторная работа 129 часов - Самостоятельная работа Формы аудиторных учебных занятий (час.) недели операционные системы (ОС).

1- Мультипрограммирование.

Режим разделения времени.

2- Многопользовательский сетевых операционных 4- переносимость. Управление 5- процессором. Понятие виртуального адресного пространства процесса.

Структура контекста процесса. Идентификатор и дескриптор процесса.

8- синхронизация процессов.

Средства обработки программирования.

12-14 коммуникации процессов.

мультипрограммирования.

Понятие прерывания.

Многопроцессорный режим памятью. Совместное использование памяти.

Защита памяти. Механизм реализации виртуальной памяти. Стратегия подкачки ресурсами, их совместное анализ производительности Самостоятельная работа заключается в изучении соответствующего теоретического материала (по учебникам из списка литературы) и завершении лабораторных работ, которые начинают выполняться в аудитории (на лабораторном занятии), а также оформление отчетов и подготовка их защиты.

Эволюция сетевых операционных систем. Функции и назначение.

Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера.

Интерфейс прикладного программирования.

Пользовательский интерфейс. Графический интерфейс Windows и Linux.

Одноранговые и серверные сетевые операционные системы.

Ядро и вспомогательные модули ОС.

Реальный и защищенный режимы работы процессора. Ядро в привилегированном 8. Многослойная структура ОС. Монолитная архитектура ОС.

9. Аппаратная зависимость и переносимость ОС.

10. Микроядерная архитектура.

11. Двоичная совместимость и совместимость исходных текстов.

12. Способы реализации прикладных программных сред.

13. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки.

14. Мультипрограммирование в системах разделения времени.

15. Мультипрограммирование в системах реального времени.

16. Мультипроцессорная обработка.

17. Модульная структура построения сетевых ОС. Понятия «процесс» и «поток».

Организация процессов в ОС UNIX.

18. Синхронизация процессов и потоков. Идентификатор и дескриптор процессов.

1. Алгоритмы распределения памяти. Сегментно-страничный механизм.

2. Процесс загрузки ОС. Внесистемный и системный загрузчики.

3. Сетевые протоколы. Основные службы.

4. Отказоустойчивость и дисковых систем (RAID).

5. Обмен данными между процессами и потоками.

6. Механизм передачи сообщений в распределенных системах. Цикл обработки сообщений в структуре приложения Win32 API.

7. Среда MS Visual C++. Структура проекта.

8. Операционная система DOS. Основные команды DOS.Оболочки NC и Far Manager.

9. Операционная система Windows NT. Основные команды. Управление ресурсами.

10. Операционная система UNIX. Оболочка MC.Основные команды ОС UNIX.

11. Резервное копирование данных. Службы резервного копирования.

12. Оперативный анализ производительности сетевых ОС.

1. Эволюция и классификация сетевых операционных систем UNIX и Windows.

2. Unix и Windows NT. Сущность и принцип работы операционной системы, правила и преимущества ее использования. Возможности различных операционных систем, их сильные и слабые стороны. Сравнительная характеристика систем, их потенциал и выполняемые задачи.

3. Microsoft Windows Seven Linux. Аппаратное обеспечение и прикладные программы.

Преимущества и недостатки Microsoft Windows Seven Linux.

4. Операционная система Debian:характеристика, функции, состав. История и основные предпосылки появления ОС.

5. Современные концепции и технологии проектирования сетевых ОС.

6. Сетевые продукты Novell: История развития, основные концепции, управление процессами, файловая система, сетевые системные утилиты.

7. Вопросы безопасности сетевых ОС: аудит, аутентификация, авторизация, угрозы.

Система Kerberos. Протоколы: TCP, IP, UDP, PPP, FTP и др.

8. Анализ файловых систем сетевых ОС.

9. Установка и администрирование сетевых ОС на примере Unix.

10. Микроядро Mach: История развития, основные концепции. Администрирование.

11. Сравнительный анализ операционных систем Microsoft Windows 2003 Server и Unix.

12. Технология администрирования и контроля в сетевых ОС.

13. Сравнение возможностей современных ОС:Solaris, MacOS и их графических оболочек.

14. NetWare. История создания и развития. Принципы построения. Описание реализуемых технологий. Характерные особенности 15. Mac OS X Server. История создания и развития. Принципы построения. Описание реализуемых технологий. Характерные особенности/ 16. Анализ надежности сетевых файловых систем.

17. Проект GNOME. История возникновения и развития. Принципы построения.

Описание реализуемых и перспективных технологий. Характерные особенности.

18. Проект KDE. История возникновения и развития. Принципы построения. Описание реализуемых и перспективных технологий. Характерные особенности.