Detail předmětu

Pokročilé operační systémy

FIT-POSAk. rok: 2025/2026

Základní pojmy, jádro operačního systému a jeho struktura. Problematika paralelního programování a synchronizace se zaměřením na synchronizaci v jádře operačních systémů. Uváznutí, metody detekce a prevence. Plánovací algoritmy pro jednoprocesorové systémy. Správa paměti, virtuální paměť, stránkování, implementace virtuální paměti. Vstup a výstup, synchronní a asynchronní operace, ovladače, optimalizace diskových operací. Systémy souborů, metody přidělování diskového prostoru, organizace metadat, odolnost vůči výpadku, příklady systémů souborů. Bezpečnost a ochrana dat.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Petr Lampa

Zajišťuje ústav

Ústav informačních systémů (UIFS)

Vstupní znalosti

Programování v jazyce C v prostředí Unixu, architektura výpočetních systémů, asembler Intel x86, základní principy funkce operačních systémů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

V průběhu semestru online testy a projektem. Projekt musí být odevzdán do zveřejněného data, pozdní odevzdání projektu je hodnoceno 0 body.


Znalosti studentů jsou ověřovány vypracováním projektů, online testy a závěrečnou zkouškou.

Učební cíle

Seznámit s principy a mechanismy na nichž jsou založena jádra moderních operačních systémů.

Schopnost navrhovat paralelní programy s vlákny POSIX 1003.1, znalost použití synchronizačních nástrojů, virtuální paměti a systémů souborů.

Hlubší znalosti funkce výpočetních systémů a systémového programování.

Prerekvizity a korekvizity

Doporučená literatura

Andrews, G.R.: Foundations of Multithreaded, Parallel, and Distributed Programming, Addison-Wesley, 2000, ISBN 0-201-35752-6
McKusick, M.K., Neville-Neil, G.V.: The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System, Addison-Wesley, 2004, ISBN 0-201-70245-2
Nutt, G.J.: Operating Systems: A Modern Perspective, Addison-Wesley, 2000, ISBN 0-201-61251-8
Schimmel, K.: UNIX Systems for Modern Architectures: Symmetric Multiprocessing and Caching for Kernel Programmers, Addison-Wesley, 1994, ISBN 0-201-63338-8
Stevens, W.,R.: Advanced Programming in the UNIX Environment: Third Edition, Addison-Wesley Professional, 2013, ISBN 0-321-63773-9

Vahalia, U.: Unix Internals: The New Frontiers, Prentice-Hall, 1996, ISBN 0-13-101908-2

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Lampa

Osnova

  1. Struktura jádra, rozhraní jádra, volání jádra a přepínání kontextu. Rozhraní systémů Unix, postup standardizace a standardy XPG, POSIX a ISO.
  2. Procesy a vlákna dle standardu POSIX 1003.1, vytváření procesů a vláken, implementace vláken.
  3. Úvod do paralelního programování, synchronizace a prostředky synchronizace, paměťové modely. Implementace vzájemného vyloučení atomickými operacemi čtení a zápisu.
  4. Metody synchronizace speciálními atomickými instrukcemi v jednoprocesorových a víceprocesorových systémech se sdílenou pamětí, binární semafory, inverze priority.
  5. Synchronizační nástroje a jazykové konstrukce, klasické synchronizační úlohy.
  6. Plánování procesoru, strategie a implementace, plánovací algoritmy pro jednoprocesorové a víceprocesorové systémy.
  7. Přidělování prostředků, uváznutí, detekce uváznutí a vyhnutí se uváznutí pro SR a CR prostředky.
  8. Správa paměti, organizace paměti, stránkování, tabulka stránek a TLB.
  9. Virtuální paměť, stránkovací algoritmus, nahrazovací algoritmy pro pevný a proměnný počet rámců.
  10. Implementace virtuální paměti a problematika použití virtuální paměti - lokalita, zamykání stránek, sdílení stránek, dynamické knihovny, virtualizace souborů, paměťové nároky jádra.
  11. Vstup a výstup, ovladače, synchronní a asynchronní V/V, optimalizace diskových operací.
  12. Systémy souborů, organizace, přidělování diskového prostoru, ochrana, zotavení, systémy souborů Unix UFS, BSD FFS, Linux EXT, Solaris ZFS a žurnálové systémy souborů.
  13. Ochrana a bezpečnost, ochrana dat, bezpečnostní rizika.

Projekt

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Lampa

Osnova

Samostatně zadaný projekt v rozsahu 13 hod. hodnocený 10 body na probíraná témata z přednášek.