Introduction

Темы лекций по курсу “Операционные системы” (Семестр 3)

1. Управление памятью#

• Стратегии управления памятью: first, best, worst fit
• Внешняя и внутренняя фрагментация
• Стек и стековый кадр
• Алгоритм парных меток
• Обзор реализаций malloc в реальных библиотеках языка С
• Алгоритм близнецов. Слабовый аллокатор
• Сборка мусора подсчетом ссылок
• Сборка мусора mark’n’sweep
• Копирующие и генерационные сборщики мусора
• Обзор проблем при взаимодействии сред исполнения с разными стратегиями сборки мусора

2. Системные вызовы ввода/вывода. Файлы#

• Понятие файла в Unix
• Системный вызов open(2)
• Системные вызовы read/readv, write/writev
• Системный вызов lseek
• Разреженные файлы
• Вызовы fsync, dup, fcntl
• Мультиплексирование ввода/вывода (select/poll)
• Отображение файлов на память

3. Аутентификация и авторизация#

• Модели управления правами доступа: ACL, роли, полномочия
• Принцип минимума привилегий
• Традиционные права доступа Unix как ACL фиксированной структуры. Кольца доступа
• ACL произвольного вида
• UID как полномочие (capability). Аутентификация по токену в Win32
• Парольная аутентификация
• Аутентификация запрос-ответ (CHAP). Протокол ssh. Сетевые БД учетных записей
• Схема Нидхама-Шредера. Kerberos
• Использование шифрования с открытым ключом. PKI

4. Виртуальная память#

• Страничная и сегментная виртуальная память
• Страничная подкачка. Использование подкачки для реализации mmap
• Алгоритмы поиска жертвы при страничной подкачке
• Копирование при записи и его использование для реализации fork

5. Планировщики#

• Кооперативный планировщик
• Вытесняющий планировщик
• Планировщики с приоритетами
• Динамические приоритеты в ОС разделенного времени
• Справедливые планировщики

6. Критические секции и синхронизация#

• Введение в проблему. Определение критической секции. Флаговая переменная как простейшая критическая секция
• Алгоритм Деккера
• CAS и спинлок
• Атомарные примитивы (атомарный инкремент и др.)
• Полная и частичная сериализация и ее влияние на производительность
• Семафоры и семафороподобные примитивы
• Реентерабельные функции и thread-safe API
• Мертвые и живые блокировки
• Инверсия приоритета

7. Гармонически взаимодействующие процессы#

• Понятие гармонически взаимодействующих процессов
• Примитивы гармонического взаимодействия: буферизованные (трубы и очереди сообщений) и небуферизованные (линки и рандеву языка Ada)
• Реализация произвольного доступа к данным в рамках гармонического взаимодействия. Языки запросов
• Использование буферизованных примитивов для обхода инверсии приоритета

8. Драйверы устройств#

• Понятие драйвера и псевдоустройства
• Интерфейс драйвера в традиционных ОС семейства Unix. Блочные и символьные устройства. Идеология “Всё - файл". Ioctl. Терминальный интерфейс Unix как пример провала идеологии “всё - файл” и терминальные ioctl как пример попытки обхода этого провала
• Альтернативные подходы к построению интерфейса драйверов. Обзор Windows Driver Model

9. Событийно-ориентированные архитектуры#

• Голливудский принцип (“не звоните нам, вы вам позвоним")
• Применения событийно-ориентированных архитектур: графические интерфейсы, подсистема ввода-вывода, сетевые серверы
• Преимущества событийно-ориентированной архитектуры перед пулами потоков
• Недостатки событийно-ориентированной архитектуры

10. Виртуальные машины#

• Контейнерная виртуализация: зоны Solaris, VPS OpenVZ/Virtuozzo
• Теорема Попека/Голдберга. VM/370
• Подходы к реализации VM на машинах, не соответствующих теореме Попека/Голдберга. Паравиртуализация. Покомандная эмуляция. Jit-компиляция
• Аппаратная поддержка виртуализации на современных x86