Počítače a sítě

Garant předmětu:

Michal Valenta

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra počítačových systémů

Anotace:

Studentům jsou obecně vysvětleny principy vnitřní organizace a architektury počítačových systémů. Na jednoduchých příkladech pochopí, jak standardní vícejádrový s vektorovou a GPU akcelerací počítač připojený do internetu zpracovává, ukládá a posílá data v multiuživatelském operačním systému. Práce na úrovni příkazové řádky penetruje celý předmět a bude vysvětlována průběžně.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Procesy a vlákna a jejich správa v OS, vícevláknové výpočty a synchronizace, ukázky na příkladech problémů producent-konzument, písař-čtenáři, sdílený čítač.

2.Virtualizace hlavní paměti pomocí stránkování, kooperace hardware a operačního systému, správa paměti v OS.

3.Technologie sekundární diskové paměti, systémy souborů a jejich správa v operačním systému, příklady jednoduchých řešení typu FAT.

4.Víceuživatelský OS, správa a řízení uživatelských rolí a přístupových práv, skriptovací jazyky, příklady.

5.Struktura jednocyklového RISC procesoru, paměťová hierarchie, zřetězené zpracování instrukcí, ukázka vlivu skrytých pamětí na rychlost výpočtu zřetězeného procesoru (příklady kódů v C).

6.Superskalární techniky, vícejádrový procesor, vektorové a GPU akcelerace, praktické ukázky (zpracování multimediálních dat, transformace rastrových obrázků).

7.Sdílená paměť, princip koherence skrytých pamětí, koherenční protokoly, synchronizační primitivy.

8.Počítačové sítě, hierarchie síťových protokolů, struktura Internetu, IP adresace.

9.Linková vrstva, ethernet technologie, síťová vrstva. ISO/OSI a TCP/IP model. Přepínání a směrování. Principy fungování propojovacích síťových prvků.

10.Transportní vrstva, protokolová rodina TCP/IP (IPv4, IPv6, TCP, UDP). Řízení datového toku.

11.Systém DNS a princip a využití NAT. Aplikační vrstva, principy základních protokolů, správa sítě v OS.

12.Základy bezpečnosti v počítačových sítí. Administrace v OS, ukázka síťové aplikace (např. jednoduchá distribuovaná databáze).

Osnova cvičení:

Obsah cvičení (operační systémy):

Operační systém LINUX instalace systému, bootování systému, úrovně běhu (run levels). Práce s příkazovou řádkou, Interpretace příkazů a jejich parametrů. Správa uživatelů v OS LINUX, role uživatelů (RBAC).

Práce s procesy (zobrazení procesů a vláken, stavy procesů, signály), vliv práce uživatelů/procesů na výkonnost systému, swapovací prostor.

Systém souborů z pohledu uživatele a správce systému. Implementace systémů souborů na discích. Virtualizace diskového prostoru. Disková pole RAID. Zálohování dat.

Skriptovací jazyky (bash). Jádro OS, konfigurace parametrů jádra OS. Virtualizace OS (chroot, QEMU).

Obsah cvičení (sítě):

Seznámení se síťovou laboratoří, konfigurace prvků, Linux a Cisco IOS.

Konfigurace IPv4 adres (staticky a dynamicky), zachytávání síťového provozu, interpretace zachycení dat v prostředí nástroje Wireshark.

Segmentace IPv4, statické směrování, konfigurace směrovacích tabulek.

Konfigurace NATu - statický vs dynamický, promapování portů.

Zásady ochrany počítačových sítí, firewally, aplikace pro monitorování počítačových sítí.

Cíle studia:

Naučit studenta chápat počítače jako systémy s vrstvami (hierarchii) virtualizací nad hardwarem.

Studijní materiály:

Povinná:

Hennessy J. L., Patterson D. A.: Computer Architecture: A Quantitative Approach (6th Edition). Morgan Kaufmann, 2017. ISBN 978-0128119051.

Howser G.: Computer Networks and the Internet. Springer, 2020. ISBN 978-3-030-34496-2.

Peterson L. L., Davie B. S.: Computer Networks: A Systems Approach (6th Edition). Morgan Kaufmann, 2020. ISBN 978-0-12-818200-0.

Portnoy M.: Virtualization Essentials (2nd Edition). Cybex, 2016. ISBN 978-1119267720.

Shen J. P., Lipasti M. H.: Modern Processor Design. Fundamentals of Superscalar Processors. Waveland Press, 2013. ISBN 978-1478607830.

Shotts W.: The Linux Command Line: A Complete Introduction (2nd Edition). No Starch Press, 2019. ISBN 978-1593279523.

Silberschatz A., Gagne G., Galvin P. B.: Operating System Concepts (10th Edition). Wiley, 2018. ISBN 978-1119456339.

Tanenbaum A.S., Feamster N., Wetherall D. J.: Computer Networks (6th Edition). Pearson, 2021. ISBN 97801355407981.

Doporučenná:

Li X .- E.: Advanced Design and Implementation of Virtual Machines. CRC Press, 2016. ISBN 978-1466582606.

Stallings W.: Operating Systems: Internals and Design Principles (9th Edition). Pearson, 2017. ISBN 978-0134670959.

Poznámka:

nutno doplnit

Další informace:

nutno doplnit

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: