Zaawansowane systemy operacyjne

monograficzne

Systemy operacyjne 1000-213bSOP

Wykład jest gorąco zalecany studentom, którzy zamierzają w przyszłości uczestniczyć w seminarium magisterskim 'Systemy rozproszone', które w części obejmuje zagadnienia systemów operacyjnych, w tym rozproszonych systemów operacyjnych. Przedmiot jest realizowany poprzez wykład i laboratorium.

Zamierzamy razem ze studentami przyjrzeć się dokładnie budowie konkretnego systemu operacyjnego. Przykładem omawianym na zajęciach jest Linux, który jest nowoczesnym systemem, popularnym u nas na wydziale, często stosowanym jako platforma serwerowa, ale także na stacjach roboczych, komórkach, jako system wbudowany. Linux jest dostępny w postaci źródeł co pozwala na dokładnie przyjrzenie się zastosowanym w nim algorytmom, strukturom danych, a także samodzielne eksperymentowanie i prowadzenie badań w dziedzinie systemów operacyjnych.

Wykłady

1. Wprowadzenie: Zadania SO, UNIX i Linux - historia, cechy, budowa, eBPF, podstawowe pojęcia: kontekst wykonania, funkcje systemowe, raporty nt jądra

2. Trochę o sprzęcie (na przykładzie Intela): procesor i pamięć, adresowanie, pamięć podręczna procesora, architektura komputerów

3. Zarządzanie pamięcią i procesami: Inicjowanie pracy jądra, stronicowanie w Linuksie, struktury danych procesu

4. Zarządzanie pamięcią i procesami: Struktury danych procesu, przestrzeń adresowa procesu, fork(), błąd braku strony

5. Zarządzanie pamięcią: Pamięć fizyczna, wypełnianie tablic stron, zarządzanie ramkami, strefy, pamięć wysoka, zarządzanie nieciągłymi obszarami pamięci

6. Zarządzanie pamięcią: System bliźniaków, alokator płytowy

7. Zarządzanie procesami: Synchronizacja na poziomie jądra

8. Zarządzanie plikami: Wirtualny system plików, interfejs, struktury danych

9. Zarządzanie plikami: Wirtualny system plików, montowanie, pamięć podręczna katalogów, i-węzły w pamięci

10. Zarządzanie pamięcią: Podręczna pamięć stron, wymiana stron

11: Zarządzanie pamięcią: THP (Transparent Huge Pages); Zarządzanie plikami: systemy plików ext2, ext3 i ext4

12. Warstwa blokowego wejścia-wyjścia i szeregowanie żądań wejścia-wyjścia

13. Szeregowanie procesów: przestrzeń nazw PID, wprowadzenie do szeregowania procesów w Linuksie, planista O(N), O(1), RSDS

14. Szeregowanie procesów: planista CFS, BFS, MuQSS, Deadline; co nowego w szeregowaniu procesów?

Laboratoria

1. Wirtualizacja i konteneryzacja

2. Instalacja Linuksa na platformie wirtualnej

3. Kompilacja jądra

4. Moduły jądra

5. Odpluskwianie kodu w przestrzeni jądra

6. Programowanie w przestrzeni jądra: obsługa przerwań, synchronizacja, zarządzanie pamięcią, wątki jądra, wywołania systemowe

7. Bezpieczne programowanie jądra z użyciem BPF

8. Podprogramy obsługi urządzeń

9. System plików procfs, sysfs

10. Wykorzystanie jądra systemu Linux w systemie Android

11. Użycie języka Rust w jądrze systemu Linux

1. lwn.net - Linux weekly news

2. R. Love, Linux Kernel Development, Addison-Wesley, 2010 (trzecie wydanie)

3. W. Mauerer, Professional Linux Kernel Architecture, Wiley Inc., 2008 (pierwsze wydanie)

4. D.P. Bovet, M. Cesati, Linux Kernel, O'Reilly, 2005 (trzecie wydanie)

5. A. Rubini, J. Corbet, Linux Device Drivers, O'Reilly, 2005 (trzecie wydanie)

6. R. Love, Linux System Programming: Talking Directly to the Kernel and C Library, O'Reilly, 2007 (pierwsze wydanie)

Wiedza

1. Ma pogłębioną wiedzę z zakresu budowy współczesnych systemów operacyjnych.

2. Ma pogłębioną wiedzę z zakresu budowy najnowszej wersji systemu operacyjnego Linux.

3. Zna algorytmy i struktury danych stosowane przy budowie systemów operacyjnych.

4. Zna zagadnienia programowania współbieżnego.

5. Zna zagadnienia ze styku kompilatorów i systemów operacyjnych.

Umiejętności

1. Posiada umiejętność analizy kodu źródłowego systemu operacyjnego.

2. Posiada umiejętność krytycznej analizy rozwiązań z zakresu systemów operacyjnych i programowania współbieżnego.

3. Posiada umiejętność samodzielnego rozwiązywania problemów z zakresu budowy systemów operacyjnych.

4. Ma umiejętności językowe w zakresie informatyki zgodne z wymaganiami określonymi dla poziomu B2+ Europejskiego Systemu Opisu Kształcenia Językowego

5. Potrafi określić kierunki dalszego uczenia się i zrealizować proces samokształcenia.

Kompetencje

1. Zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia.

2. Potrafi precyzyjnie formułować pytania, służące pogłębieniu własnego zrozumienia danego tematu lub odnalezieniu brakujących elementów rozumowania.

3. Potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień informatycznych.

Aktywne uczestnictwo w wykładzie i zajęciach laboratoryjnych, zadania programistyczne w ramach laboratorium