Detail předmětu
Operační systémy a sítě
FEKT-MOSSAk. rok: 2011/2012
Operační systém (dále OS), základní funkce OS, jádro OS, typy jader, procesy, plánování procesů, procesy v UNIXu, signály, komunikace mezi procesy, souborový systém, příkazové interprety, vlákna, synchronizace mezi vlákny, síťové protokoly (Ethernet, WiFi, TCP/IPv4, směrování, IPv6, DNS, DHCP, HTTP, SMTP), využití unixových soketů pro síťovou komunikaci.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Pokročilá znalost práce v OS UNIX, vytvářet uživatelké programy a programovat síťové aplikace. Znalost důležitých síťových protokolů.
Prerekvizity
Znalost programování v jazyce C.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení
Studenti jsou hodnoceni průběžně během studia na cvičeních. Za semestr tak mohou získat max. 30 bodů (15 bodů za odevzdání zadaných úloh, 15 bodů závěrečný test). Podmínkou udělení zápočtu je účast na všech počítačových cvičeních (toleruje se 1 neomluvená neúčast). Závěrečná zkouška je hodnocena max. 70ti body.
Osnovy výuky
1. Úvodní informace. Koncepce výpočetních systémů, operační systém (dále OS), Typy OS. Struktura OS. Systémová volání, Uniprogramming, multiprogramming, sdílení času.
2. Procesy, stavy procesů, PCB. Vznik procesu v UNIXu/Linuxu - systémová volání fork a exec. Ukončení procesu, identifikátory spojené s procesy. Čekání na ukončení procesu - wait(), waitpid(). Hierarchie procesů v UNIXu, Nástroje pro sledování procesů: ps, pstree, top.
3. Plánování procesů, fronty procesů.
4. Signály: vymezení pojmu signál, použití signálů, reakce procesu na signál, významné signály, zasílání signálů procesům (systémové volání kill, příkaz kill), nastavení reakce na signál (systémové volání sigaction). Řízení úloh.
5. Správa paměti: paměťový prostor, reloakce, swapping, segmentace, stránkování, virtuální paměť, Typy souborů v UNIXu/LINUXU. Přístupová práva, ACL. Funkce pro práci se soubory a adresáři.
6. Přesměrování vstupů a výstupů (systémová volání dup, dup2), přesměrování vstupů a výstupů a duplikování deskriptorů v shellu. Vlákna: Typické úlohy, které lze paralelizovat, Možné způsoby implementace vláken. Vytvoření vláken, ukončování a spojování vláken.
7. Synchronizece mezi vlákny (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná, bariéry). Problém uváznutí.
8. Počítačové sítě ISO a TCP/IP model. Fyzická a linková vrstva, Ethernet, přepínače (switche).
9. Protokol IPv4: funkce, charakteristika, formát IPv4 datagramu. IPv4 adresy. Protokol ICMP. Směrování: přímé a nepřímé doručování, směrovací tabulka, agregace položek směrovací tabulky, základní algoritmus směrování. Vnitřní a vnější směrování, autonomní systémy.
10. Portty. Protokol UDP. Protokol TCP (navazání a ukončení spojení, metoda kouzavého okna). IPv6 protokol: Formát IPv6 datagramu, zřetězení hlaviček. Zápis IPv6 adresy. Rozdělení (typy) IPv6 adres. Identifikátory rozhraní.
11. IPv6: Objevování sousedů. Automatická konfigurace. Protokol DHCP a DHCPv4.
12. Protokol DNS: domény,zóny, dotazy, rezolvery, DNS servery,RR věty, typy DNS záznamů. DNSSEC,
13. Protokol HTTP: verze, metody GET, POST, HEAD, hlavičky, cache. Elektronická pošta: formát poštovní zprávy, protokol SMTP.
2. Procesy, stavy procesů, PCB. Vznik procesu v UNIXu/Linuxu - systémová volání fork a exec. Ukončení procesu, identifikátory spojené s procesy. Čekání na ukončení procesu - wait(), waitpid(). Hierarchie procesů v UNIXu, Nástroje pro sledování procesů: ps, pstree, top.
3. Plánování procesů, fronty procesů.
4. Signály: vymezení pojmu signál, použití signálů, reakce procesu na signál, významné signály, zasílání signálů procesům (systémové volání kill, příkaz kill), nastavení reakce na signál (systémové volání sigaction). Řízení úloh.
5. Správa paměti: paměťový prostor, reloakce, swapping, segmentace, stránkování, virtuální paměť, Typy souborů v UNIXu/LINUXU. Přístupová práva, ACL. Funkce pro práci se soubory a adresáři.
6. Přesměrování vstupů a výstupů (systémová volání dup, dup2), přesměrování vstupů a výstupů a duplikování deskriptorů v shellu. Vlákna: Typické úlohy, které lze paralelizovat, Možné způsoby implementace vláken. Vytvoření vláken, ukončování a spojování vláken.
7. Synchronizece mezi vlákny (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná, bariéry). Problém uváznutí.
8. Počítačové sítě ISO a TCP/IP model. Fyzická a linková vrstva, Ethernet, přepínače (switche).
9. Protokol IPv4: funkce, charakteristika, formát IPv4 datagramu. IPv4 adresy. Protokol ICMP. Směrování: přímé a nepřímé doručování, směrovací tabulka, agregace položek směrovací tabulky, základní algoritmus směrování. Vnitřní a vnější směrování, autonomní systémy.
10. Portty. Protokol UDP. Protokol TCP (navazání a ukončení spojení, metoda kouzavého okna). IPv6 protokol: Formát IPv6 datagramu, zřetězení hlaviček. Zápis IPv6 adresy. Rozdělení (typy) IPv6 adres. Identifikátory rozhraní.
11. IPv6: Objevování sousedů. Automatická konfigurace. Protokol DHCP a DHCPv4.
12. Protokol DNS: domény,zóny, dotazy, rezolvery, DNS servery,RR věty, typy DNS záznamů. DNSSEC,
13. Protokol HTTP: verze, metody GET, POST, HEAD, hlavičky, cache. Elektronická pošta: formát poštovní zprávy, protokol SMTP.
Učební cíle
Seznámit studenty se základními principy OS, procesy, vlákny, problematikou synchronizace, správou paměti, souborovými systémy, síťovými protokoly, tvorbou uživatelských a síťových aplikací pro OS UNIX/Linux, síťovými protokoly Ethernet, TCP/IP, IPv6, DNS, DHCP, DHCPv6, HTTP, SMTP, POP3, IMAP, SNMP.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Základní literatura
Perlík, L. Jemný úvod do systému UNIX. Dotisk prvního vydání. České Budějovice: Koop, 2000. 189 s. ISBN 80-85828-28-6. (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1.Klasický model operačního systému, funkce jednotlivých vrstev, požadavky na OS, model OS UNIX, jádro, systémová volání, knihovní funkce. Historie a rodokmen OS UNIX, standardizace, adresářová struktura. Příkazové interprety a práce v nich: zástupné znaky, regulární výrazy, standardní vstup a výstup, přesměrování vstupů a výstupů, roury.
2.Shell: proměnné, speciální proměnné shellu, operátory && a ||, podmínky, příkazy expr, test, konstrukce case, cykly, funkce, interaktivní skripty (příkazy read, switch).
3.Souborový systém UNIXU, typy souborových systémů, inode, adresáře, tvrdé a měkké odkazy. Přístupová práva. Funkce pro práci se soubory a s adresáři.
4.Procesy - kontext procesu, stavy procesu, prostředí procesu, proměnné prostředí, spouštění procesů (funkce fork a exec), ukončení procesu(funkce exit, wait, wait3, wait4), proces init.
5.Sdílení souborů mezi procesy. Přesměrování vstupů a výstupů. Komunikace a synchronizace mezi procesy: roury, FIFO (pojmenované roury), signály, sdílená paměť, semafory.
6.Vlákna, synchronizace mezi vlákny (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná).
7.Bloková a znaková zařízení, ovladače zařízení, speciální soubory, programování ovladačů zařízení pro Linux.
8.Protokoly Ethernet, IEEE 802.11 (WiFi), TCP/IP, směrování paketů.
9.Protokoly ICMP, DHCP, DNS, SNMP.
10.SMTP, POP3, IMAP4, LDAP. Zabezpečená komunikace pomocí SSL, SSH.
11.Sokety. Síťová komunikace pomocí soketů. Klient. Server.
12.Deamoni (cron, at, xinetd, ...), časová synchronisace. Start OS UNIX, inicializační soubory.
13.OS reálného času - požadavky, základní principy, příklady (Windows CE a RT-Linux).
2.Shell: proměnné, speciální proměnné shellu, operátory && a ||, podmínky, příkazy expr, test, konstrukce case, cykly, funkce, interaktivní skripty (příkazy read, switch).
3.Souborový systém UNIXU, typy souborových systémů, inode, adresáře, tvrdé a měkké odkazy. Přístupová práva. Funkce pro práci se soubory a s adresáři.
4.Procesy - kontext procesu, stavy procesu, prostředí procesu, proměnné prostředí, spouštění procesů (funkce fork a exec), ukončení procesu(funkce exit, wait, wait3, wait4), proces init.
5.Sdílení souborů mezi procesy. Přesměrování vstupů a výstupů. Komunikace a synchronizace mezi procesy: roury, FIFO (pojmenované roury), signály, sdílená paměť, semafory.
6.Vlákna, synchronizace mezi vlákny (kritická sekce, mutex, semafor, podmíněná proměnná).
7.Bloková a znaková zařízení, ovladače zařízení, speciální soubory, programování ovladačů zařízení pro Linux.
8.Protokoly Ethernet, IEEE 802.11 (WiFi), TCP/IP, směrování paketů.
9.Protokoly ICMP, DHCP, DNS, SNMP.
10.SMTP, POP3, IMAP4, LDAP. Zabezpečená komunikace pomocí SSL, SSH.
11.Sokety. Síťová komunikace pomocí soketů. Klient. Server.
12.Deamoni (cron, at, xinetd, ...), časová synchronisace. Start OS UNIX, inicializační soubory.
13.OS reálného času - požadavky, základní principy, příklady (Windows CE a RT-Linux).
Cvičení na počítači
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1.Manuálové stránky (man, info), použití základních příkazů UNIXu: cat, less, more, head, tail, cut, sort, mail, chmod, chown, chgrp, du, df, tar, bzip. Přesměrování vstupu a výstupu.
2.Regulární výrazy, příkazy grep, find, sed, awk, kolony.
3.Interaktivní programy v shellu.
4.Programy gcc, gmake. Použití služeb pro práci se soubory a adresáři. Vytváření dočasných souborů.
5.Prostředí procesu. Vytváření procesů (funkce fork, exec), ukončení procesu (funkce wait, wait3, wait4, exit, abort). Získávání informací o procesech.
6.Přesměrování vstupů a výstupů (funkce dup, dup2), kolony (funkce pipe, popen, pclose).
7.Pojmenované roury (FIFO), signály, sdílená paměť.
8.Vlákna - vytváření, spojování vláken, zrušení vlákna, data specifická pro vlákna.
9.Synchronizace vláken - příklady na použití mutexů a semafororů.
10.Synchronizace vláken - příklad na synchronizaci vláken pomocí podmíněné proměnné.
11.Programování klienta pomocí soketů.
11.Programování servru pomocí soketů.
12.Dokončení programování klienta pomocí soketů.
13.Zápočtový test.
2.Regulární výrazy, příkazy grep, find, sed, awk, kolony.
3.Interaktivní programy v shellu.
4.Programy gcc, gmake. Použití služeb pro práci se soubory a adresáři. Vytváření dočasných souborů.
5.Prostředí procesu. Vytváření procesů (funkce fork, exec), ukončení procesu (funkce wait, wait3, wait4, exit, abort). Získávání informací o procesech.
6.Přesměrování vstupů a výstupů (funkce dup, dup2), kolony (funkce pipe, popen, pclose).
7.Pojmenované roury (FIFO), signály, sdílená paměť.
8.Vlákna - vytváření, spojování vláken, zrušení vlákna, data specifická pro vlákna.
9.Synchronizace vláken - příklady na použití mutexů a semafororů.
10.Synchronizace vláken - příklad na synchronizaci vláken pomocí podmíněné proměnné.
11.Programování klienta pomocí soketů.
11.Programování servru pomocí soketů.
12.Dokončení programování klienta pomocí soketů.
13.Zápočtový test.