Авторы: Владимир Карпов, Константин Коньков | Московский физико-технический институт
Форма обучения:
дистанционная
Стоимость самостоятельного обучения:
бесплатно
Стоимость обучения с персональным тьютором:
500 руб. [?]
Доступ:
свободный
Документ об окончании:
 
Уровень:
Специалист
Длительность:
15:33:00
Студентов:
6094
Выпускников:
909
Качество курса:
4.44 | 4.28
Этот практикум является приложением к курсу "Основы операционных систем".
Материалы практических занятий дополняют лекционный курс и используются для иллюстрации реализации теоретических положений на примере операционной системы UNIX. На практике рассматриваются организация процессов, различные способы их взаимодействия, устройство файловой системы, системы ввода-вывода, начала сетевого программирования. Текст, размещенный в практической части курса, содержит многочисленные ссылки на лекционный материал.
 

План занятий

Занятие
Заголовок <<
Дата изучения
Лекция 1
1 час 33 минуты
Введение в курс практических занятий. Знакомство с операционной системой UNIX
Введение в курс практических занятий. Краткая история операционной системы UNIX, ее структура. Системные вызовы и библиотека libc. Понятия login и password. Упрощенное понятие об устройстве файловой системы в UNIX. Полные имена файлов. Понятие о текущей директории. Команда pwd. Относительные имена файлов. Домашняя директория пользователя и ее определение. Команда man – универсальный справочник. Команды cd – смены текущей директории и ls – просмотра состава директории. Команда cat и создание файла. Перенаправление ввода и вывода. Простейшие команды для работы с файлами – cp, rm, mkdir, mv. История редактирования файлов – ed, vi. Система Midnight Commander – mc. Встроенный mc редактор и редактор joe. Пользователь и группа. Команды chown и chgrp. Права доступа к файлу. Команда ls с опциями -al. Использование команд chmod и umask. Системные вызовы getuid и getgid. Компиляция программ на языке C в UNIX и запуск их на счет.
Оглавление
-
Лекция 2
46 минут
Процессы в операционной системе UNIX
Понятие процесса в UNIX, его контекст. Идентификация процесса. Состояния процесса. Краткая диаграмма состояний. Иерархия процессов. Системные вызовы getpid(), getppid(). Создание процесса в UNIX. Системный вызов fork(). Завершение процесса. Функция exit(). Параметры функции main() в языке С. Переменные среды и аргументы командной строки. Изменение пользовательского контекста процесса. Семейство функций для системного вызова exec().
Оглавление
-
Лекция 3
1 час 20 минут
Организация взаимодействия процессов через pipe и FIFO в UNIX
Понятие потока ввода-вывода. Представление о работе с файлами через системные вызовы и стандартную библиотеку ввода-вывода. Понятие файлового дескриптора. Открытие файла. Системный вызов open(). Системные вызовы close(), read(), write(). Понятие pipe. Системный вызов pipe(). Организация связи через pipe между процессом-родителем и процессом-потомком. Наследование файловых дескрипторов при вызовах fork() и exec(). Особенности поведения вызовов read() и write() для pip’а. Понятие FIFO. Использование системного вызова mknod() для создания FIFO. Функция mkfifo(). Особенности поведения вызова open() при открытии FIFO.
Оглавление
-
Лекция 4
1 час 33 минуты
Средства System V IPC. Организация работы с разделяемой памятью в UNIX. Понятие нитей исполнения (thread)
Преимущества и недостатки потокового обмена данными. Понятие System V IPC. Пространство имен. Адресация в System V IPC. Функция ftok(). Дескрипторы System V IPC. Разделяемая память в UNIX. Системные вызовы shmget(), shmat(), shmdt(). Команды ipc и ipcrm. Использование системного вызова shmctl() для освобождения ресурса. Разделяемая память и системные вызовы fork(), exec() и функция exit(). Понятие о нити исполнения (thread) в UNIX. Идентификатор нити исполнения. Функция pthread_self(). Создание и завершение thread'а. Функции pthread_create(), pthread_exit(), pthread_join(). Необходимость синхронизации процессов и нитей исполнения, использующих общую память.
Оглавление
-
Лекция 5
36 минут
Семафоры в UNIX как средство синхронизации процессов
Семафоры в UNIX. Отличие операций над UNIX-семафорами от классических операций. Создание массива семафоров или доступ к уже существующему массиву. Системный вызов semget(). Выполнение операций над семафорами. Системный вызов semop(). Удаление набора семафоров из системы с помощью команды ipcrm или системного вызова semctl(). Понятие о POSIX-семафорах.
-
Лекция 6
52 минуты
Очереди сообщений в UNIX
Сообщения как средства связи и средства синхронизации процессов. Очереди сообщений в UNIX как составная часть System V IPC. Создание очереди сообщений или доступ к уже существующей. Системный вызов msgget(). Реализация примитивов send и receive. Системные вызовы msgsnd() и msgrcv(). Удаление очереди сообщений из системы с помощью команды ipcrm или системного вызова msgctl(). Понятие мультиплексирования. Мультиплексирование сообщений. Модель взаимодействия процессов клиент-сервер. Неравноправность клиента и сервера. Использование очередей сообщений для синхронизации работы процессов.
Оглавление
-
Лекция 8
2 часа 25 минут
Организация файловой системы в UNIX. Работа с файлами и директориями. Понятие о memory mapped файлах
Разделы носителя информации (partitions) в UNIX. Логическая структура файловой системы и типы файлов в UNIX. Организация файла на диске в UNIX на примере файловой системы s5fs. Понятие индексного узла (inode). Организация директорий (каталогов) в UNIX. Понятие суперблока. Операции над файлами и директориями. Системные вызовы и команды для выполнения операций над файлами и директориями. Системный вызов open(). Системный вызов close(). Операция создания файла. Системный вызов creat(). Операция чтения атрибутов файла. Системные вызовы stat(), fstat() и lstat(). Операции изменения атрибутов файла. Операции чтения из файла и записи в файл. Операция изменения указателя текущей позиции. Системный вызов lseek(). Операция добавления информации в файл. Флаг O_APPEND. Операции создания связей. Команда ln, системные вызовы link() и symlink(). Операция удаления связей и файлов. Системный вызов unlink(). Специальные функции для работы с содержимым директорий. Понятие о файлах, отображаемых в память (memory mapped файлах). Системные вызовы mmap(), munmap().
Оглавление
-
Лекция 9
2 часа 14 минут
Организация ввода-вывода в UNIX. Файлы устройств. Аппарат прерываний. Сигналы в UNIX
Понятие виртуальной файловой системы. Операции над файловыми системами. Монтирование файловых систем. Блочные, символьные устройства. Понятие драйвера. Блочные, символьные драйверы, драйверы низкого уровня. Файловый интерфейс. Аппаратные прерывания (interrupt), исключения (exception), программные прерывания (trap, software interrupt). Их обработка. Понятие сигнала. Способы возникновения сигналов и виды их обработки. Понятия группы процессов, сеанса, лидера группы, лидера сеанса, управляющего терминала сеанса. Системные вызовы getpgrp(), setpgrp(), getpgid(), setpgid(), getsid(), setsid() Системный вызов kill и команда kill(). Системный вызов signal(). Установка собственного обработчика сигнала. Восстановление предыдущей реакции на сигнал. Сигналы SIGUSR1 и SIGUSR2. Использование сигналов для синхронизации процессов. Завершение порожденного процесса. Системный вызов waitpid(). Сигнал SIGCHLD. Возникновение сигнала SIGPIPE при попытке записи в pipe или FIFO, который никто не собирается читать. Понятие о надежности сигналов. POSIX-функции для работы с сигналами.
Оглавление
-
Лекция 10
2 часа 52 минуты
Семейство протоколов TCP/IP. Сокеты (sockets) в UNIX и основы работы с ними
Краткая история семейства протоколов TCP/IP. Общие сведения об архитектуре семейства протоколов TCP/IP. Уровень сетевого интерфейса. Уровень Internet. Протоколы IP, ICMP, ARP, RARP. Internet-адреса. Транспортный уровень. Протоколы TCP и UDP. UDP и TCP сокеты (sockets). Адресные пространства портов. Понятие encapsulation. Уровень приложений/программ. Использование модели клиент-сервер при изучении сетевого программирования. Организация связи между удаленными процессами с помощью датаграмм. Сетевой порядок байт. Функции htons(), htonl(), ntohs(), ntohl(). Функции преобразования IP-адресов inet_ntoa(), inet_aton(). Функция bzero(). Системные вызовы socket(), bind(), sendto(), recvfrom(). Организация связи между процессами с помощью установки логического соединения. Системные вызовы connect(), listen(), accept(). Использование интерфейса сокетов для других семейств протоколов. Файлы типа "сокет".
Оглавление
-
1 час 40 минут
-
Владимир Крюков
Владимир Крюков
Казахстан
Юлия Капитонова
Юлия Капитонова
Россия, Ижевск