Операционные системы

Бакалавриат 2026/2027

Статус: Курс обязательный (Прикладная математика)

Кто читает: Департамент прикладной математики

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3-й курс, 1, 2 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 56

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Основу курса составляет систематическое изложение теоретических и практических вопросов построения современных операционных систем, концепций и алгоритмов управления локальными и распределенными ресурсами. Изучаются варианты реализации многозадачной и многонитевой обработки (multithreading), организация виртуальной памяти, средства синхронизации, удаленные вызовы процедур (RPC), транзакции, механизмы репликации, средства файловой системы, логическая и физическая реализация файловых систем и систем управления вводом-выводом, подходы к обеспечению безопасности. Обсуждаются современные технологии проектирования ОС: 2 микроядра, модель клиент-сервер, множественные прикладные среды, объектноориентированный подход, технология распределенных вычислительных сред (DCE). Особое внимание уделено сетевым возможностям ОС – использованию стандартных протоколов и интерфейсов, возможностям их мультиплексирования. В рамках курса лекций студенты познакомятся с методологически переработанным материалом, позволяющим эффективно использовать возможности ОС при проектировании самостоятельных прикладных приложений. Студенты не только получат представление о состоянии и возможностях современных ОС, но и приобретут навыки разработки системных приложений. Изложение принципов организации ОС сопровождается примерами их реализации в конкретных системах: UNIX-подобных, NetWare, Windows 2000 и выше. Особое внимание уделяется UNIX – подобным ОС. Приводится краткое введение в основы ОС UNIX (включая базовые понятия процессов/потоков, команд, файлов и т.д.), рассматриваются принципы архитектурной организации системы, основы мобильного программирования и принципы открытых систем, базисный механизм межпроцессных взаимодействий в централизованных и распределенных системах, основные подходы к организации интерактивного взаимодействия с пользователем, вопросы стандартизации. Приводится информация о современном состоянии некоторых коммерческих и свободно распространяемых версий ОС UNIX. Обсуждаются вопросы взаимодействия различных ОС в рамках одной сети. Изучаются различные подходы к администрированию ОС в больших сетях: доменный подход и подход, основанный на службе каталогов. С использованием онлайн-курса https://www.intuit.ru/studies/courses/1088/322/info

Цель освоения дисциплины

Формирование понимания фундаментальных концепций и принципов работы операционных систем. 2. Изучение архитектуры, компонентов и функций ключевых подсистем операционных систем, таких как управление процессами, управление памятью, файловые системы и ввод/вывод. 3. Получение знаний о механизмах обеспечения безопасности, многопользовательской работы, разграничения прав доступа и базовых принципах виртуализации в современных операционных системах. 4. Развитие навыков настройки и администрирования UNIX/Linux-систем, в том числе в виртуализированной среде. 5. Изучение основных принципов взаимодействия прикладного программного обеспечения с операционной системой через командную оболочку, системные вызовы и программные интерфейсы. 6. Понимание тенденций развития операционных систем и их роли в современных информационных технологиях

Планируемые результаты обучения

Назначение, функции и основные архитектурные компоненты современных операционных систем
История развития UNIX и UNIX-подобных операционных систем, а также роль Linux, ядра Linux, системных библиотек, утилит и компонентов GNU
Основные характеристики UNIX/Linux-систем и особенности различных UNIX-подобных дистрибутивов, включая Linux, macOS и BSD
Устанавливает и использует Linux-дистрибутив в виртуализированной среде, например VirtualBox
Выполняет базовые операции в командной строке UNIX/Linux, работать с файлами, каталогами, ссылками и правами доступа
Принципы работы с процессами в ОС Linux, состояния процессов, иерархию процессов, приоритеты процессов и средства мониторинга
Устанавливает компилятор C и использовать простейшие программы или скрипты для автоматизации задач в Linux
Создает, запускает, отслеживает и завершает процессы средствами операционной системы
Понятие потока ввода-вывода, pipe (конвейера) и FIFO (именованного канала) как механизмов межпроцессного взаимодействия
Назначение демонов (служб) и их роль в автоматизации рутинных задач
Использует pipe и FIFO для организации взаимодействия процессов
Основные механизмы System V IPC: разделяемую память, семафоры и очереди сообщени
Принципы работы нитей исполнения, риски race condition, особенности синхронизации на многоядерных системах, назначение мьютексов и условных переменных
Применяет базовые средства System V IPC: разделяемую память, семафоры и очереди сообщений на уровне учебных примеров
Основные механизмы System V IPC: разделяемая память, семафоры и очереди сообщений
Использует мьютексы и условные переменные для решения простейших задач синхронизации нитей исполнения
Логическая структура файловой системы UNIX/Linux, типы файлов, разделы носителя информации, индексные узлы, ссылки, владельцев, группы и права доступа
Понятие виртуальной файловой системы, блочных и символьных устройств, драйверов, файлового интерфейса и связи системных вызовов с механизмами ядра ОС
Анализирует состояние файловой системы, дискового пространства и прав доступа
Понятие сигналов в UNIX/Linux, способы их возникновения и обработки, группы процессов, сеансы и управляющий терминал
Обрабатывает сигналы и понимает связь программных прерываний, системных вызовов, драйверов и устройств
Основы архитектуры TCP/IP, протоколы IP, ICMP, ARP, RARP, TCP и UDP, понятие сокетов, портов и сетевого порядка байт
Базовые принципы обеспечения безопасности, многопользовательской работы и разграничения доступа в UNIX/Linux-среде
Выполняет базовую диагностику сетевого взаимодействия, анализирует сетевой трафик и использует учебные примеры TCP/UDP-сокетов

Содержание учебной дисциплины

Общие сведения об операционной системе UNIX (Linux)
Процессы в операционной системе UNIX (Linux)
Организация взаимодействия процессов через pipe и FIFO
Разделяемая память и нити исполнения
Семафоры
Очереди сообщений
Нити исполнения (продолжение). Мьютексы. Условные переменные
Организация файловой системы в UNIX (Linux)
Понятие сигналов в UNIX/Linux, способы их возникновения и обработки, группы процессов, сеансы и управляющий терминал
Введение в сетевое программирование в ОС UNIX (Linux)

Элементы контроля

Прохождение контрольных точек по проверке знаний на лекциях
Оперативный контроль на практических занятиях
Выполнение практических заданий
экзамен

Промежуточная аттестация

2026/2027 1st module
0.2 * Оперативный контроль на практических занятиях + 0.1 * Прохождение контрольных точек по проверке знаний на лекциях + 0.7 * Выполнение практических заданий
2026/2027 2nd module
0.5 * Выполнение практических заданий + 0.3 * экзамен + 0.1 * Оперативный контроль на практических занятиях + 0.1 * Прохождение контрольных точек по проверке знаний на лекциях

Список литературы

Авторы

Воронцова Татьяна Дмитриевна
Белов Александр Владимирович

Программа дисциплины