Delivered at:: Department of Information Technologies in Business (Faculty of Computer Science, Economics, and Social Sciences)

Course type:: Elective course

When:: 3 year, 1, 2 module

Instructor

Лабутин Иван Александрович

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Курс направлен на изучение низкоуровневых интерфейсов и механизмов операционной системы GNU/Linux через практические задания по разработке программного обеспечения, взаимодействующего с ядром и с системными ресурсами. В начале курса студенты выполнят задание по установке и настройке ОС Alt Linux в среде гипервизора VirtualBox, что позволит безопасно экспериментировать с поведением системы и её настройками в изолированной среде. Далее через серию практических модулей будет рассмотрена работа с системными вызовами, файловым вводом-выводом, управлением процессами и потоками, синхронизацией, управлением памятью и сетевыми интерфейсами. Теоретические лекции и практические занятия подкрепляются самостоятельной работой над заданиями, требующими разработки и отладки программ, а также изучением документации и использования специализированных инструментов (strace, gdb и др.).

Цель освоения дисциплины

• Подготовить студентов к разработке программного обеспечения, взаимодействующего с ядром и системными ресурсами ОС GNU/Linux, используя язык C (или C++). • Научить устанавливать и настраивать ОС GNU/Linux в виртуальной среде (VirtualBox). • Развить понимание архитектуры ОС GNU/Linux и механизмов предоставления сервисов пользовательским программам (системные вызовы, IPC). • Дать опыт работы с файловым вводом-выводом на низком уровне и mmap. • Обучить управлению процессами и потоками: создание, завершение, планирование, межпроцессное взаимодействие и синхронизация. • Показать основные приёмы сетевого программирования в Linux: сокеты, неблокирующий I/O, мультиплексирование. • Обучить методам отладки и профилирования системного кода: использование strace, ltrace, gdb, perf и других инструментов. • Научить читать и анализировать исходный код типовых утилит и библиотек, а также обращаться к документации. • Сформировать навыки самостоятельного поиска и устранения ошибок в системных программах.

Планируемые результаты обучения

Знать ключевые компоненты архитектуры ОС GNU/Linux.
Уметь настроить и запустить виртуальную машину с ОС GNU/Linux под VirtualBox, включая сетевые настройки и общие папки для обмена с хостом.
Понимать механизм системных вызовов, знать, как их вызвать и обрабатывать ошибки.
Владеть навыками низкоуровневого файлового ввода-вывода: открытие, чтение/запись, работа с файловыми дескрипторами, блокирующий и неблокирующий I/O, mmap.
Уметь создавать, завершать и синхронизировать процессы и потоки: fork/exec, wait, pthreads, mutex, условные переменные, семафоры, shared memory (SystemV и POSIX).
Владеть приёмами сетевого программирования: создавать клиентские и серверные приложения на базе сокетов (TCP/UDP), использовать select/poll/epoll.
Уметь отлаживать и диагностировать поведение системных программ с помощью strace, gdb, ltrace, анализировать дампы, читать логи ядра (dmesg).
Знать основы взаимодействия с ядром Linux через sysfs и ioctl.

Содержание учебной дисциплины

1. Введение и подготовка среды.
2. Архитектура ОС и системные вызовы.
3. Файловый ввод-вывод.
4. Управление процессами и сигналы.
5. Потоки и синхронизация.
6. Сетевое программирование.
7. Взаимодействие с ядром.

Элементы контроля

Лабораторные работы
Мини-тесты/опросы
Проект-модуль

Промежуточная аттестация

2025/2026 2nd module
0.7 * Лабораторные работы + 0.1 * Мини-тесты/опросы + 0.2 * Проект-модуль

Список литературы

Авторы

Карпович Марина Валерьевна

Bachelor’s Programme 'IT System Development for Business'

Linux System Programming

Instructor

Программа дисциплины