Операційні системи

Мета вивчення дисципліни: є формування комплексу знань, на яких базуються сучасні  інформаційні технології. Для досягнення мети вивчення дисципліни студенти повинні навчитися працювати з операційними  системами. Дисципліна має націлити майбутніх фахівців на творче застосування отриманих знань у їх практичній діяльності.

Практичне значення та використання отриманих знань Курс призначений для студентів молодших курсів в області ІТ. Він знайомить з принципами архітектури та функціонування сучасних операційних систем (ОС) і мереж, дає теоретичні знання і практичні навички для роботи в поширених ОС - Windows, Linux.
Дисципліна базується на знаннях, отриманих при вивченні дисципліни вища математика, дискретна математика, математичні методи дослідження операцій, організація баз даних та знань.
Дисципліна забезпечує подальше вивчення дисциплін: системний аналіз, інтелектуальний аналіз даних, теорія прийняття рішень, методи та системи штучного інтелекту.

Основні результати навчання

ПРН13. Володіти мовами системного програмування та методами розробки програм, що взаємодіють з компонентами комп’ютерних систем, знати мережні технології, архітектури комп’ютерних мереж, мати практичні навички технології адміністрування комп’ютерних мереж та їх програмного забезпечення.
ПРН14. Володіти мовами системного програмування та методами розробки програм, що взаємодіють з компонентами комп’ютерних систем, знати мережні технології, архітектури комп’ютерних мереж, мати практичні навички технології адміністрування комп’ютерних мереж та їх програмного забезпечення.

Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень.
Лекція  1 «Основні концепції, еволюція, різновиди операційних систем.»
Поняття ОС. Функції ОС. Види операційних систем. Історія розвитку ОС. Класифікація ОС. ДОС (Дискові ОС). Універсальні ОС. Мікроядерні ОС. Принципи побудови ОС. Поняття процесу. Рівні і шари контексту. Статична та динамічна частини контексту. Перемикання контексту. 6 рівнів переривань. Системний виклик.
Лабораторне заняття  1 «Початкові навички роботи з операційною системою UNIX / LINUX.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
2 тиждень.
Лекція  2 «Архітектура та ресурси операційних систем.»
Архітектура UNIX. Режими завдання і ядра процесу. Блок-схема ядра. Короткий опис блоків.
Лабораторне заняття  2 «Початкові навички роботи в командному інтерпретаторі shell.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
3 тиждень.
Лекція  3 «Планування та керування процесами і потоками.»
Збереження контексту процесу. Алгоритми планування(алгоритми FCFS,FIFO, Round Robin,Shorted-Job-First). Пріорітетне планування. Багаторівневі черги. Диспетчеризація процесів.
Лабораторне заняття  3 «Програмні структури в командному інтерпретаторі shell.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
4 тиждень.
Лекція  4 «Багатозадачність, взаємодія потоків, міжпроцесова взаємодія. Структура буфера надоперативної пам'яті. Визначення та властивості.»
Лабораторне заняття  4 «Основи створення і компіляції програм на мові Сі базовими засобами ОС UNIX.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
5 тиждень.
Лекція  5 «Керування оперативною пам'яттю.»
Функціонування буфера надоперативної пам'яті. Механізм пошуку буфера. Переваги і незручності буферного кешу.  Управління пам'яттю. Свопінг (swap). Підкочування за запитом (demand paging). 
Лабораторне заняття 5 «Засоби обробки структурованих текстових даних. Засоби обробки каталогів. Знайомство з утилітою MAKE, написання простих make –файлів.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
6 тиждень.
Лекція  6 «Організація пам'яті у захищеному режимі, керування розподілом пам'яті.»
Структура процесів. Діаграма переходів. Системний виклик fork. Поля таблиці процесів. Формат пам'яті системи. Сегменти адресного простору. Віртуальна адресація. Фізична адресація.
Лабораторне заняття  6 «Процеси і потоки в UNIX. Загальні визначення, основні атрибути, способи створення і завершення процесів.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
7 тиждень.
Лекція  7 «Логічна та фізична організація файлових систем.»
Файлові системи tar, fat, fat32. Файлова система s5fs. Файлова система ext2.
Лабораторне заняття 7 «Термінали і псевдотермінали в Linux.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
8 тиждень.
Лекція  8 «Реалізація файлових систем.»
Віртуальна файлова система vfs. Журналіруємі файлові системи.
Лабораторне заняття 8 «Засоби роботи з терміналами. Засоби локалізації в UNIX/LINUX.»
Модульна контрольна робота 1.
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
9 тиждень.
Лекція  9 «Виконувані файли.»
Робота в режимі реального часу. Системні операції з часом. Таймер.  Приклад будильника.
Лабораторне заняття 9 «Мережеві засоби: основні поняття і об'єкти, що асоціюються з мережевими засобами. Функції для опитування даних про мережу і для роботи з сокетами.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
10 тиждень.
Лекція  10 «Керування пристроями введення-виведення»
Управління введенням-виводом. Таблиця ключів. Символьні та блочні пристрої. Каталог /dev/. Команди open, close, read, write.
Лабораторне заняття 10 «Засоби Linux для роботи з протоколом SMB. Сервер SAMBA.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.

11 тиждень.
Лекція  11 «Мережні засоби операційних систем.»
Способи взаємодії процесів. Програмне уведення-виведення. Керований перериваннями з використанням DMA.
Лабораторне заняття 11 «Розподіл IP-адресів за допомогою DHCP.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
12 тиждень.
Лекція 12 «Взаємодія з користувачем в операційних системах.»
Посилка і обробка сигналів. Неіменовані канали. PIPE - створення неіменованого каналу. Приклад програми. Три пакети взаємодії в IPC.
Лабораторне заняття 12 «Розподіл IP -адресов за допомогою DHCP. Підтримка Web -сервера в LINUX.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
13 тиждень.
Лекція 13 «Захист інформації в операційних системах.»
Семафори і блокування файлів. Приклад програми. Механізм передачі повідомлень. Системний виклик msgget(). Системний виклик msgsnd(). Сокети. Схема взаємодії через сокети. Основні типи сокетів: потоковий, датаграмний, сокет послідовних пакетів, простий.
Лабораторне заняття 13 «Фільтрація пакетів за допомогою програми "iptables".»
Самостійна робота здобувача. Консультація.
 
14 тиждень.
Лекція  14 «Завантаження та адміністрування операційних систем.»
Дії з сокетами: установка зв'язку ,передача даних, закривання сокетів. Видалений виклик процедур. 3 рівні RPC. Клієнт-серверна взаємодія. Архітектура багатопроцесорних систем. Мaster-slave (іменна організація) Симетрична архітектура (шинна організація). Гіперкубічне з'єднання процесорних модулів. Трансп'ютер. Кластер – комп'ютери, об'єднані швидкою локальною мережею.
Лабораторне заняття 14 «Засоби підтримки FTP в LINUX.»
Модульна контрольна робота 1.
Самостійна робота здобувача. Консультація.

15 тиждень.
Лекція  15 «Багатопроцесорні та розподілені системи.»
Операційна система MS-DOS. Історія розвитку MS-DOS. Конфігурація MS DOS при початковому завантаженні. Структура диска в MS-DOS. Використання пам'яті системою MS – DOS. 
Лабораторне заняття 15 «Мережева файлова система на базі протоколу NFS.»
Самостійна робота здобувача. Консультація.

Оцінювання результатів навчання

Оцінювання результатів навчання з дисципліни здійснюється за накопичувальною системою, яка дає можливість здобувачеві протягом семестру отримати максимально 100 балів.

Модуль 1
Повне виконання Контрольного завдання 1, Контрольного завдання 2 – по 9 балів кожне.
Активна робота на практичному занятті – максимально по 4 бали за заняття.
Модульна контрольна робота 1 – бездоганне виконання 20 балів (в кожному завданні модульної контрольної роботи наведено максимальну кількість балів за виконання кожного завдання).

Модуль 2
Повне виконання Контрольного завдання 3, Контрольного завдання 4 – по 5 балів кожне.
Активна робота на практичному занятті – максимально по 4 бали за заняття.
Модульна контрольна робота 2 – бездоганне виконання 20 балів (в кожному завданні модульної контрольної роботи наведено максимальну кількість балів за виконання кожного завдання).

Посилання на рекомендовані джерела
 
Andrew S. Tanenbaum. Modern Operating Systems, 3rd Edition. – Pearson, 2007. – 1104 p. ISBN-10: 0136006639, ISBN-13: 978-0136006633. 6 Pavel Yosifovich, Mark Russinovich, David Solomon, Alex Ionescu. Windows Internals, Part 1: System architecture, processes, threads, memory management, and more, 7th Edition – Microsoft Press, 2017. – 800 p. ISBN-10: 9780735684188, ISBN-13: 978- 0735684188.
 Kevin Wilson. MacOS Fundamentals: Catalina Edition: The Step-by-step Guide to Using your Mac. – Independently published, 2019. – 335 p. ISBN-10: 1708721118, ISBN-13: 978- 1708721114. 
Зайцев, В. Г. Операційні системи [Електронний ресурс] : навчальний посібник для студентів спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія» / В. Г. Зайцев, І. П. Дробязко ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 2,22 Мбайт). – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 240 с.
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «ОПЕРАЦІЙНІ СИСТЕМИ» для студентів усіх форм навчання Спеціальність – 122  Комп’ютерні науки, Спеціалізація: Комп’ютерний дизайн / Укл.: О.С. Лопаков, В.В. Космачевський, В.І. Салій — Одеса: ОНПУ, 2020. – 97 с.
Лекційний матеріал з дисципліни “операційні системи” для студентів усіх форм навчання Спеціальність – 122  Комп’ютерні науки, Спеціалізація: Комп’ютерний дизайн / Укл.: Колеснікова К.В., Лопаков О.С., Космачевський В.В. – Одеса: ОНПУ, 2020.
Архів комп'ютерної документації [Електронний ресурс]. – Режим доступу : infocity.kiev.ua/