Systemy operacyjne 0800-SOPER

Celem wykładu jest przedstawienie podstawowych pojęć i zagadnień związanych z budową oraz działaniem współczesnych systemów komputerowych i operacyjnych, od architektury komputerów po zarządzanie procesami, pamięcią i przestrzenią dyskową. Omawiane są również synchronizacja procesów, struktura systemów operacyjnych, ich wirtualizacja oraz przykłady rozwiązań stosowanych w systemach Windows, Unix i Linux. Ujęcie tematu łączy podstawy teoretyczne z praktyczną perspektywą użytkownika i administratora. Przekazywana wiedza ma ułatwić rozumienie, administrowanie i strojenie systemu komputerowego, a także pomóc w tworzeniu wydajnych aplikacji.

W ramach wykładu zostaną poruszone następujące zagadnienia:

1. Wprowadzenie
- Elementy systemu komputerowego
- Systemy operacyjne i ich zadania
2. Historia i rozwój komputerów i systemów operacyjnych
3. Architektura współczesnych komputerów
- Architektura i działanie procesora
- Rodzaje i hierarchia pamięci
- Magistrale i urządzenia peryferyjne
4. Działanie systemu komputerowego
- Monitor prosty, buforowanie i spooling
- Wieloprogramowość i podział czasu
- Systemy rozproszone i systemy czasu rzeczywistego
- Obsługa przerwań
- Urządzeń wejścia-wyjścia, sterowniki urządzeń
- Dualny tryb pracy
- Funkcje systemowe
5. Procesy i wątki
- Model procesu i jego stany
- Zarządzanie procesami
- Wątki poziomu użytkownika i jądra
6. Planowanie przydziału procesora
- Algorytmy planowania procesora
- Polityki planowania procesora
7. Synchronizacja procesów
- Komunikacja międzyprocesowa (IPC)
- Sekcje krytyczne i wyścigi
- Semafory, muteksy, monitory i bariery
- Zakleszczenia
8. Zarządzanie pamięcią
- Wymiana pamięci i stronicowanie
- Pamięć wirtualna i segmentacja pamięci
- Algorytmy wymiany stron
- Zarządzanie pamięcią w systemach GNU/Linux i Windows
9. Zarządzanie przestrzenią dyskową
- Fizyczna organizacja dysków i interfejsy dyskowe
- Macierze dyskowe (RAID)
- Systemy plików
- Zarządzanie logicznymi wolumenami
10. Wirtualizacja i konteneryzacja
- Maszyny wirtualne
- Wirtualizacja pełna i parawirtualizacja
- Kontenery i ich zastosowania
11. Struktura systemów operacyjnych
- Systemy monolityczne, warstwowe i hybrydowe
- Współdzielenie systemów operacyjnych
- Ładowanie systemu operacyjnego
12. Przykłady systemów operacyjnych
- Windows
- Unix i GNU/Linux
- macOS

Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z mechanizmami funkcjonowania systemu operacyjnego, jego konfiguracją oraz badaniem jego aktualnego stanu z użyciem komend systemowych i narzędzi diagnostycznych. W czasie zajęć wykorzystywany będzie język Bash do tworzenia skryptów systemowych oraz język C do programowania z użyciem funkcji systemowych POSIX i implementowania wybranych mechanizmów oraz algorytmów związanych z działaniem systemu operacyjnego. Ćwiczenia pozwolą także poznać i analizować mechanizmy synchronizacji procesów w systemie GNU/Linux.

Ćwiczenia wymagają dostępu do powłoki serwerów Unix/Linux za pomocą SSH lub VNC. Rozwiązania zadań uczestnicy umieszczają w repozytorium Git. Do edycji skryptów wykorzystywane są edytory vim/emacs.