Разработка лабораторного практикума по алгоритмам диспетчеризации вычислений в операционной системе

Федеральное агентство по образованию Волгоградский Государственный Университет Институт физико-технический Кафедра информационной безопасности

«Допустить к защите»

Заведующий кафедрой ИБ к.т.н. Цыбулин А. М.

Курсовая работа на тему:

«Разработка лабораторного практикума по алгоритмам диспетчеризации вычислений в операционной системе»

Выполнил:

студент группы КИБ-081

Лобачёв Д. В.

Научный роководитель:

К.т.н., доц. Е. А. Максимова Волгоград 2011

Оглавление Введение

1. Анализ алгоритмов диспетчеризации вычислений в операционной системе

1.1 Анализ образовательного стандарта по специальности 90 303 «Информационная безопасность автоматизированных систем»

1.2 Планирование и диспетчеризация процессов и задач

1.3 Дисциплины диспетчеризации

1.4 Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации

1.5 Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания

1.6 Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов

2. Разработка лабораторного практикума по алгоритмам диспетчеризации вычислений в операционной системе

2.1 Разработка структуры лабораторных работ

2.2 Разработка состава лабораторных работ

3. Экспериментальное исследование возможности внедрения разработанной лабораторной работы

3.1 Описание лаборатории

3.2 Исследование возможности выполнения практических заданий

3.3 Выводы

4. Разработка эргономических требований к организации рабочего места пользователя

4.1 Оценка особенностей трудовой деятельности пользователя, объёма и интенсивности информационных потоков

4.2 Проектирование мер, обеспечивающих эргономические требования к организации рабочего места пользователя и профилактики утомляемости

4.3 Выводы Приложения диспетчеризация вычисление информационная безопасность

Введение

Одной из основных задач операционных и сложных вычислительных систем и комплексов является рациональное распределение (планирование) ресурсов вычислителей между пользователями и выполняемыми вычислительными процессами (задачами). При построении управляющих программ (планировщиков, диспетчеров) используется целый ряд различных методов и алгоритмов диспетчеризации вычислений. Управляющие программы при любом из методов диспетчеризации вычислений решают задачу минимизации времени ожидания и сведения к минимуму возможных потерь информации. При этом учитывается и оценивается время ожидания вычислительных процессов (заявок, задач, сообщений), и то обстоятельство, что обработка информации, особенно в диалоговых, больших коммуникационных и других вычислительных системах производится путем многократного выполнения циклов, состоящих из запроса задачи абонента-пользователя и/или реакции, ответа ЭВМ (узла сети, сервера и т. д.). Анализ существующих методов диспетчеризации вычислений в различных операционных системах показал имеющиеся ограничения применяемых методов. Методы и алгоритмы, лежащие в основе управляющих программ для решения разнообразных задач диспетчеризации вычислений реализуют, в основном, традиционные вычислительные дисциплины обслуживания «первым пришел — первым обслужен» или «последним пришел — первым обслужен», а также дисциплины обслуживания на основе очередей приоритетов. Первые из вышеуказанных методов основываются на учете только на одного параметра — времени поступления заявки на обслуживание вычислительного процесса (сообщения). Второй метод, учитывая особенности каждого конкретного процесса: размер процесса, приоритет процесса, содержащуюся в нем информацию и т. д., как правило, не учитывает время поступления запроса. В результате могут происходить значительные задержки в обслуживании других процессов и сообщений и как следствие отказы в работе систем управления при предельных нагрузках системы и/или ограниченном времени ожидания). В ряде случаев при наличии значительного количества вычислительных процессов в системе (или поступающих сообщений), при анализе подобных вычислительных систем, и выборе алгоритмов диспетчеризации вычислительных процессов пытаются использовать методы теории массового обслуживания, учитывая так или иначе известное количество входных потоков задач (сообщений) и их вероятностные характеристики. Однако, практическое решение таких задач диспетчеризации вычислений (да и др. подобных задач) является достаточно сложным и имеет неоднозначный ответ. Кроме того при диспетчеризации вычислений следует учитывать, что в подобных приоритетных вычислительных системах и сетях ЭВМ всегда имеется вероятность того, что низкоприоритетные процессы вовсе не получат вычислительных ресурсов. Поэтому дать полную практическую, адекватную реальности оценку работы подобных существующих вычислительных систем методами теории массового обслуживания. можно лишь приближенно, так как эти методы требуют учета столь многочисленных разнообразных вероятностных факторов, которые практически невозможно выразить количественно и тем более объединить в единый оценочный критерий. В этой связи задача разработки эффективных методов и алгоритмов диспетчеризации вычислений, особенно как для разнообразных задач разделения времени, так и реального времени, связанных со сбором, обработкой и передачей информации с многочисленных источников, а также задач коммуникации и маршрутизации сообщений в локальных и глобальных сетях ЭВМ, является чрезвычайно актуальной и важной.

1. Анализ алгоритмов диспетчеризации вычислений в операционной системе

1.1 Анализ образовательного стандарта по специальности 90 303 «информационная безопасность автоматизированных систем»

Анализ образовательного стандарта по специальности 90 903 «Информационная безопасность автоматизированных систем» показал, что в рамках дисциплины «Безопасность операционных систем» студент должен изучить основные механизмы защиты информации в операционной системы, в том числе следующее:

основы организации и функционирования файловой системы;

безопасность файловой системы;

средства повышения надежности файловой системы;

организация файловой системы на базе операционных систем Windows 7.

Анализ рабочей программы по специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем» показал, что студенты должны получить навыки по работе с файловой системой, а так же навыки по защите файловой системы и сделать все это средствами операционной системы Microsoft Windows 7.

В результате проведенного анализа ФГОС ВПО были выявлены следующие компетенции, которые студент должен изучить для обеспечения защиты информации по дисциплине «Безопасность операционной системы «:

способностью понимать социальную значимость своей будущей профессии, цели и смысл государственной службы, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности в области обеспечения информационной безопасности и защиты интересов личности, общества и государства, готовностью и способностью к активной состязательной деятельности в условиях информационного противоборства (ОК-5);

способностью к освоению новых образцов программных, технических средств и информационных технологий (ПК-8);

способностью проводить анализ защищенности автоматизированных систем (ПК-12);

способностью проводить синтез и анализ проектных решений по обеспечению безопасности автоматизированных систем (ПК-17);

способностью формировать комплекс мер (правила, процедуры, практические приемы, руководящие принципы, методы, средства) для обеспечения информационной безопасности автоматизированной системы (ПК-34);

способностью проводить оценку эффективности средств защиты информации, использующихся на критически важных объектах и в автоматизированных системах критически важных объектов (ПСК-3.1);

способностью участвовать в разработке средств защиты информации, использующихся на критически важных объектах и в автоматизированных системах критически важных объектов (ПСК-3.2);

способностью применять современную нормативную базу, регламентирующую деятельность критически важных объектов и обеспечение информационной безопасности критически важных объектов и автоматизированных систем критически важных объектов (ПСК-3.3);

способностью проектировать, внедрять и использовать системы мониторинга средств защиты информации, функционирующих в критически важных объектах и в автоматизированных системах критически важных объектов (ПСК-3.5);

способностью восстанавливать работоспособность средств защиты информации, функционирующих в критически важных объектах и в автоматизированных системах критически важных объектов (ПСК-3.6).

В лабораторных работах по дисциплине «Безопасность операционных систем», которые мы используем сейчас, не актуальны, так как лабораторные работы выполняются с использование операционной системой Windows 2003, что уже противоречит требованиям Ф ГОС ВПО третьего поколения. В нем прописано умение использование современных средств. Таким образом, необходимо их заменить на лабораторные работы «Безопасность операционной системы» с использованием системы Microsoft Windows 7. Они дадут студенту навыки работы с файловой системой на базе операционной системой Windows 7, что как будущему специалисту по защите информационной безопасности на современном рынке труда это необходимо.

1.2 Планирование и диспетчеризация процессов и задач Стратегия планирования (краткосрочное планирование, диспетчеризация) определяет, какие процессы планируются на выполнение для того, чтобы достигнуть поставленной цели. Стратегий планирования много, но основные из них следующие:

по возможности заканчивать вычисления в том же порядке, в котором он были начаты;

отдавать предпочтение более коротким задачам;

предоставлять всем пользователям одинаковые услуги, в том числе и одинаковое время ожидания;

Стратегия планирования связана с понятием процесс, а не задача, так как процесс может состоять из нескольких задач (потоков).

1.3 Дисциплины диспетчеризации Диспетчеризация связана с понятием задачи (потока). Если ОС не поддерживает механизма потоков, то понятие задачи можно заменить на понятие процесса. Известно большое количество правил, в соответствии с которыми формируется очередь (список) готовых к выполнению задач. Имеются два больших класса дисциплин обслуживания:

бесприоритетные;

приоритетные.

При бес приоритетном обслуживании выбор задачи производится в некотором порядке без учета их важности и времени обслуживания.

При реализации приоритетных дисциплин обслуживания отдельным задачам предоставляется преимущественное право на исполнение.

Бес приоритетные дисциплины обслуживания делятся на следующие:

1. линейные:

1.1 в порядке очереди;

1.2 случайный выбор процесса;

2.циклический:

2.1 циклический алгоритм;

2.2 многоприоритетный циклический алгоритм.

Приоритетные дисциплины обслуживания делятся на следующие:

1. с фиксированным приоритетом:

1.1. с относительным приоритетом;

1.2. с абсолютным приоритетом;

1.3. адаптивное обслуживание;

1.4. приоритет зависит от времени ожидания;

2. с динамическим приоритетом:

2.1. приоритет зависит от времени ожидания;

2.2. приоритет зависит от времени обслуживания.

Свойства приоритетов:

1.приоритет, присвоенный задаче, может являться величиной постоянной;

2.приоритет задачи может изменяться в процессе ее решения.

Диспетчеризация с динамическими приоритетами требует дополнительных расходов на вычисление значений приоритетов, поэтому многие ОС реального времени используют методы диспетчеризации на основе статических (постоянных) приоритетов.

Самой простой в реализации является дисциплина FCFS (first come — first served), задачи обслуживаются в порядке очереди, т. е. в порядке их появления. Задачи, приостановленные для ожидания какого-либо ресурса, после перехода в состояние готовности становятся в эту очередь перед задачами, которые еще не выполнялись. Образуются очереди:

1. новые задачи;

2. ранее выполнявшиеся, но попавшие в состояние ожидания.

Дисциплина FCFS реализует стратегию обслуживания «по возможности заканчивать вычисления в порядке их появления». Эта дисциплина не требует внешнего вмешательства в ход вычислений и перераспределения процессорного времени. По классу диспетчеризации (вытесняющие и не вытесняющие) дисциплина FCFS относится к не вытесняющим. Достоинства дисциплины FCFS:

1. простота реализации;

2. малые расходы системных ресурсов на формирование очереди задач.

Основной недостаток — при увеличении загрузки вычислительной системы растет среднее время ожидания обслуживания, короткие задачи ожидают столько же времени, как и трудоемкие.

Дисциплина обслуживания SJN (shortest job next) требует, чтобы для каждого задания была известна оценка в потребностях процессорного времени. Пользователи должны были указывать предположительное время выполнения. Диспетчер задач сравнивал указанное время с реальным временем выполнения и, если время выполнения превышало указанное, то помещал это задание в конец очереди. Дисциплина обслуживания SJN предполагает, что имеется только одна очередь заданий, готовых к выполнению. Если задание было временно заблокировано из-за занятости какого-либо ресурса, то оно помещается в конец очереди готовых к выполнению заданий наравне с вновь поступившими. Задания, которым требуется совсем немного времени для завершения, попадают в конец очереди. Для устранения этого недостатка была предложена дисциплина SRT (shortest remaining time, следующее задание требует меньше всего времени для своего завершения).

Перечисленные три дисциплины обслуживания могут использоваться для пакетных режимов работы, когда не важно время отклика.

Для интерактивной работы надо обеспечить приемлемое время реакции системы и равенство в обслуживании, если система мультитерминальная. Интерактивные задания должны иметь преимущество перед фоновыми. Эти условия решены в дисциплине RR (round robin — круговая, карусельная).

Дисциплина обслуживания RR предполагает, что каждая задача получает процессорное время порциями (квантами). После окончания выделенного кванта времени задача снимается с исполнения и на выполнение выбирается следующая задача. Снятая задача помещается в конец очереди готовых к выполнению задач.

Величина кванта времени выбирается как компромисс между приемлемым временем реакции системы на запросы пользователей и накладными расходами на частоту смены контекста задач.

1.4 Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации Диспетчеризация без перераспределения процессорного времени, то есть не вытесняющая многозадачность — это такой способ диспетчеризации процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по своей инициативе, не отдаст управление диспетчеру задач для выбора из очереди другого, готового к исполнению процесса. Дисциплины обслуживания FCFS, SJN, SRT относятся к не вытесняющим.

Диспетчеризация с перераспределением процессорного времени между задачами, то есть вытесняющая многозадачность — это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается диспетчером задач, а не самой активной задачей. Механизм диспетчеризации сосредоточен в самой ОС и программист не должен заботиться о параллельном выполнении своего приложения с другими приложениями. Операционная система выполняет следующие функции:

1. определяет момент снятия с выполнения текущей задачи;

2. сохраняет контекст текущей задачи в дескрипторе задачи;

3. выбирает из очереди готовых к выполнению задач следующую;

4. загружает контекст выбранной задачи;

5. запускает выбранную задачу на исполнение.

Дисциплина RR и аналогичные ей относятся к вытесняющим.

При не вытесняющей многозадачности механизм распределения процессорного времени распределен между ОС и прикладной программой. Прикладная программа должна быть разделена на кванты, по окончанию которых с помощью системного вызова управление передается супервизору ОС. Диспетчер задач формирует очереди и выбирает задачу на исполнение.

1.5 Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания Одна из проблем при выборе дисциплины обслуживания — гарантия обслуживания. При некоторых дисциплинах обслуживания, например, с абсолютными приоритетами, низкоприоритетные задачи долго могут не получать процессорное время.

Требование к системе — не только завершить процесс, но завершить его к указанному времени или в течение указанного времени.

Наиболее рациональное решение — выделять процессорное время квантами.

Гарантировать обслуживание можно тремя способами:

1. выделять минимальную долю процессорного времени некоторому классу процессов, если, по крайней мере, один из них готов к исполнению;

2. выделять минимальную долю процессорного времени некоторому конкретному процессу, готовому к исполнению;

3. выделить столько процессорного времени некоторому процессу, чтобы он мог выполнить свои вычисления к сроку.

Для сравнения алгоритмов диспетчеризации используются следующие критерии:

1. использование (загруженность) центрального процессора;

2. пропускная способность — количество процессов, выполняющихся в единицу времени;

3. время оборота — интервал времени от момента появления процесса во входной очереди до момента его завершения (время ожидания во входной очереди + время ожидания в очереди готовых к выполнению процессов + время ожидания в очередях к оборудованию + время выполнения в процессоре + время ввода/вывода);

4. время ожидания — суммарное время нахождения процесса в очереди готовых к выполнению процессов;

5. время отклика — время от момента попадания процесса во входную очередь до момента первого обращения к терминалу.

Главные причины уменьшения производительности системы:

1. накладные расходы на переключение процессора (переключения контекстов задач, перемещения страниц виртуальной памяти, обновление данных в кэш-области);

2. переключение на другой процесс в тот момент, когда текущий процесс выполняет критическую секцию, а другие процессы активно ожидают входа в свою критическую секцию.

Методы повышения производительности системы в мультипроцессорных системах:

1. совместное планирование, все потоки одного приложения одновременно выбираются для выполнения процессорами и одновременно снимаются с них;

2. находящиеся в критической секции задачи не прерываются, а активно ожидающие входа в критическую секцию задачи не выбираются до тех пор, пока вход в секцию не освободится;

1.6 Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов При выполнении программ может случиться ситуация, когда одна или несколько задач не могут быть выполнены в течение значительного времени из-за высокой нагрузки в вычислительной системе.

Введение

механизма динамических приоритетов позволяет реализовать быстрое выполнение коротких задач и гарантировать выполнение любых запросов.

Каждый процесс имеет два атрибута приоритета, с учетом которого распределяется процессорное время между исполняющимися задачами:

1. текущий приоритет, на основе которого осуществляется планирование;

2. заказанный относительный приоритет (nice number).

Более высокому значению текущего приоритета может соответствовать более низкий фактический приоритет планирования.

Рассмотрим частный случай, когда текущий приоритет процесса варьируется в диапазоне от 0 (низкий приоритет) до 127 (высокий приоритет). Процессы, выполняющиеся в режиме задачи, имеют более низкий приоритет (0−65), чем в режиме ядра (66−95,системный диапазон). Приоритеты в диапазоне 96−127 относятся к процессам с фиксированным приоритетом.

Процессу, ожидающему недоступный в данный момент ресурс, система присваивает приоритет сна (sleep) из диапазона системных приоритетов и связанный с событием, вызвавшим это состояние. Когда процесс пробуждается, ему присваивается приоритет, равный приоритету сна, который находится в системной области, поэтому вероятность выбора такого процесса на выполнение велика. Такой подход позволяет быстро завершить системный вызов.

2. Разработка лабораторного практикума по управлению файловой системы в операционной системе

2.1 Разработка структуры лабораторных работ В данном разделе создается лабораторные работы, которые направлены на изучение студентами файловой системы, методов защиты файловых систем средствами операционной системы Windows 7. Структура лабораторных работ разработана в соответствии с программой курса, а также требованиями образовательного стандарта РФ для специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем» по учебной дисциплине «Безопасность операционных систем».

Лабораторная работа состоит из следующих составных частей:

цель работы;

теоретические сведения;

практические задания;

контрольные вопросы;

порядок выполнения лабораторной работы;

форма отчета;

список дополнительной литературы.

Цель лабораторных работ указывает на необходимость выполнения данных лабораторных работ, какие знания получат студенты, выполнив практические задания.

Теоретические сведения помогают сориентироваться в учебном материале, подлежащем изучению в практической части. В этом разделе излагается теоретическое описание изучаемой в работе файловой системы, ее вариантов структуры, также приводиться необходимые примеры и рисунки. Материал раздела не должен копировать содержание методического пособия или учебника по данной теме, а ограничивается изложением основных понятий, требующихся для точного понимания исследуемой темы.

Раздел практических заданий содержит набор заданий, выполнение которых студентом направлено на закрепление устойчивых навыков работы с файловой системы.

Контрольные вопросы создаются в соответствии с теоретической частью и нужны для проверки знаний студентов, полученных при изучении лабораторной работы.

Порядок выполнения представляет последовательность выполнения лабораторной работы.

Форма отчета служит для стандартного оформления студентами отчетов при сдаче лабораторной работы, результатом выполнения которой является отчет. В каждом задании указывается, что нужно записать в отчет.

Список дополнительной литературы предназначен для более подробного изучения студентами представленной в лабораторной работе темы.

2.2 Разработка состава лабораторных работ Теоретическая часть лабораторной работы представляет литературный обзор понятия файловой системы и состоит из четырех частей :

В первой лабораторной работе описывается история развития файловой системы, какие файловые системы используют, работа с каталогами и файлами.

Во второй лабораторной работе изучаем восстановление, резервной копирование и возможности архивации, а также описывается для чего это необходимо делать в Windows 7.

В третье лабораторной работе изучаем утилиту BitLocker и шифрованную файловую систему (EFS).Когда и что лучше применить в данной ситуации, для шифрования каких-либо данных.

В последней лабораторной работе рассказано о файловых вирусах и атак на файловую систему, как полностью и грамотно защитить файловую систему от всех угроз с помощью диспетчера настройки.

2.3 Структура практической части лабораторной работы

На практике студентам предстоит выполнить задания для закрепления полученных знаний. Практические задания предполагают создание защищенной файловой системы для работы и тестирования на практике. Практика отражает тему лабораторного практикума «По управлению файловыми системами в операционной системе». Данные лабораторные работы обеспечит студентам прочное усвоение знаний, расширение профессиональных горизонтов, пробудит интерес к творческой работе и, в конечном счете, позволит решать технические задачи, применяя изученные знания на практике.

Студенты должны на практике:

настроить виртуальную машину;

установить операционную систему;

конвертировать файловую систему;

в командной строке работать с файлами;

создать раздела на диске;

создать том;

проверить диск;

сжать файл;

резервное копирование;

создать файловый архив;

создать дисковый образ;

восстановить файловую систему;

очистить диск;

утилитой BitLocker и EFS зашифровать и расшифровать, с помощью ключа диск и файл;

создать правильную политику безопасности файловой системы от вирусов и других атак с помощью диспетчера настройки безопасности. студентами защищенного туннельного канала для передачи данных и тестирование его на практике.

Более подробное описание практических заданий приведено в Приложение А.

2.4 Разработка контрольных вопросов Целью контрольных вопросов является проверка усвоения и закрепления полученных теоретических знаний.

Контрольные вопросы направлены на развитие самостоятельного мышления студентов и касаются конкретного материала, изложенного в теоретической части лабораторной работы. Вопросы должны ориентировать студента на четкий ответ как результат анализа изучаемого материала, способствовать развитию профессионального и творческого интереса.

В данных лабораторных работ предложено 70 контрольных вопросов, созданные по структуре теоретической части. Контрольные вопросы построены так, что особое внимание защиты файловой системы.

Полный список контрольных вопросов к лабораторной работе приведен в Приложении А.

2.5 Разработка автоматизированного рабочего места для выполнения лабораторной работы С целью обеспечения возможности взаимодействия студента с ЭВМ в интерактивном режиме появляется необходимость реализовать в рамках автоматизированной системы управления, так называемое АРМ — автоматизированное рабочее место. АРМ представляет собой совокупность программно-аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие человека с ЭВМ, т. е. такие функции как:

* возможность ввода информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ);

* возможность вывода информации из ЭВМ на экран монитора.

Устройства ввода должны обеспечивать широкий спектр вводимой информации: текстовой, координатной, факсимильной и т. д. Поэтому АРМ оснащаются при необходимости универсальной или специальной клавиатурой, устройствами ввода координатной информации (типа мыши), т.д.

В данном случае АРМ должен отвечать следующим требованиям:

предоставлять студенту доступ к полному тексту лабораторной работы;

обеспечивать техническую возможность выполнения практических заданий;

возможность работы в составе вычислительной сети;

обеспечивать техническую возможность сохранения промежуточных результатов;

обеспечивать техническую возможность подготовки отчета о выполнении лабораторной работы;

гарантировать безопасное выполнение работы;

своевременно удовлетворять информационные и вычислительные потребности студента.

поскольку студент выполняет работу на АРМ, то лучше не давать доступ к изменению настроек. Однако студент для выполнения лабораторной работы должен иметь широкий спектр возможностей, поэтому нужно создать виртуальные машины.

Структура АРМ представляет собой совокупность подсистем — технической, информационной, программной и санитарно-гигиенической. Также в структуру АРМ должна входить инструкция по технике безопасности эксплуатации ЭВМ и инструкция по пожарной безопасности.

Программные средства для выполнения лабораторной работы:

Программа эмуляции виртуальных машин (Microsoft Virtual PC, Virtual Box);

Операционная система Microsoft Windows 7;

Программа для чтения в формате .pdf (Adobe Acrobat Reader, Foxit Reader);

Программа для редактирования текстовых файлов (Microsoft Office 2007 в составе: MS Word 2007, Open Office).

Информационное обеспечение лабораторной работы: файл «Управление файловыми системами в ОС Windows 7», который содержит полный текст лабораторной работы. Данный файл находится в папке по дисциплине «Безопасность операционной системы» на сервере кафедры;

Санитарно-гигиенические требования к автоматизированному рабочему месту:

Микроклимат: в помещениях с ПЭВМ рекомендуется иметь приточно-вытяжную вентиляцию, обеспечивающую температурно-влажностный режим для всех климатических зон, а при ее отсутствии необходимо организовать кондиционирование воздуха с помощью бытовых кондиционеров, параметры которых рассчитываются в зависимости от их производительности, количества теплоизбытков от машин, людей, солнечной радиации и источников искусственного освещения;

Система электропитания: электроснабжение кабинета должно быть выполнено в соответствии с требованиями;

Система освещения: помещение компьютерной лаборатории должно иметь естественное и искусственное освещение.

Суть лабораторной работы заключается в создание файловой системы NTFS и обеспечения безопасности ее работы.

Предлагается вариант схемы построения АРМ:

Рисунок 10-Схема построения АРМ.

С учетом минимальных требований, предъявляемых Microsoft к аппаратным платформам для операционных систем Windows, необходимая конфигурация физического компьютера должна быть:

32-разрядный (x86) или 64-разрядный (x64) процессор с тактовой частотой 1 гигагерц (ГГц) или выше;

1 гигабайт (ГБ) (для 32-разрядной системы) или 2 ГБ (для 64-разрядной системы) оперативной памяти (ОЗУ);

16 гигабайт (ГБ) (для 32-разрядной системы) или 20 ГБ (для 64-разрядной системы) пространства на жестком диске;

графическое устройство DirectX 9 с драйвером WDDM версии 1.0 или выше.

2.6 Методика выполнения лабораторной работы Ознакомиться с материалом лабораторной работы:

Цель;

Теоретические сведения;

Порядок выполнения;

Практические задания;

При возникновении вопросов обратиться к преподавателю, который сделает акцент на сложных моментах выполнения работы.

Получить допуск к выполнению лабораторной работы:

Начертить форму отчета в рабочей тетради;

Оформить конспект;

Записать ответы на контрольные вопросы (при получении допуска студент отвечает на вопросы устно);

Если студент выполнил все требования и ответил на все заданные вопросы, то он получает допуск к выполнению лабораторной работы. Если же студент не достаточно готов, то преподаватель отправляет его на доработку.

Получить вариант задания у преподавателя, в случае получения допуска;

Выполнить практические задания и показать преподавателю результаты;

Если все задания выполнены правильно, студент оформляет отчет, в противном случае преподаватель отправляет его на доработку.

Оформить отчет, который содержит:

Форму отчета;

Цель лабораторной работы;

Краткий конспект теоретической части;

Описание процесса выполнения практических заданий;

Результаты выполнения практических заданий;

Полные ответы на вопросы.

2.7 Выводы В ходе второй главы были разработаны структура лабораторной работы, теоретической и практической частей, контрольные вопросы. Разработана требования к АРМ, структура и АРМ, удовлетворяющее этим требованиям. Разработана методика выполнения лабораторной работы.

3.Экспериментальное исследование возможности внедрения разработанной лабораторной работы

3.1 Описание лаборатории Для внедрения лабораторной работы бала выбрана лаборатория 2−24 Б корпуса «К» Физикатехнического института. Лаборатория 2−24 Б включает в себя один компьютер администратора и двенадцать учебных персональных компьютеров, объединенных в локальную сеть и оснащенных соответствующим периферийным устройством:

Системный блок ;

Клавиатура;

Мышь;

Монитор ;

Сетевой фильтр;

Бесперебойный блок питания APC;

Комплект кабелей;

Сетевое оборудование Программное обеспечение лаборатории:

Microsoft Virtual PC 2007;

Microsoft Windows 7;

Microsoft Office 2007;

Adobe Acrobat Reader 7.0;

Информационное обеспечение лабораторной работы составляет файл «Безопасность операционной системы. pdf», который содержит полный текст лабораторных работ. Этот файл скопирован в папку по дисциплине «Безопасность операционной системы» на сервер кафедры, доступ к которой можно получить после авторизации с любого автоматизированного рабочего места лаборатории, нажав Выполнить — Сервер кафедры — labs — Лабораторные работы по предмету «Безопасность операционной системы».

Санитарно-гигиенические требования в аудитории 2−24 Б, в частности микроклимат, система электропитания, система освещения, оптимальное размещение оборудования автоматизированных рабочих мест и уровень акустического шума соответствуют нормам, изложенным в .

Таким образом, лаборатория 2−24 Б полностью соответствует вышеперечисленным требованиям для выполнения разработанной лабораторной работы.

3.2 Исследование возможности выполнения практических заданий Для выполнения лабораторной работы были выбраны 3 студентов с разной успеваемостью (удовлетворительно, хорошо и отлично), которые следуя разработанной методике, выполнили несколько вариантов заданий:

самостоятельная подготовка к работе, в процессе которой студенты изучили материал лабораторной работы, письменно ответили на контрольные вопросы, приведённые в методическом указании, и подготовили отчёт, форма которого так же дана в методическом указании.

получение допуска на выполнение лабораторной работы, проводилось индивидуально с персональным опросом по теоретической части лабораторной работы каждого студента. Студенты успешно справились с данным этапом, что было удостоверено подписью в специально выделенной графе Допуск в конспектах у студентов.

получение варианта задания и указание его номера в отчете.

выполнение индивидуальных вариантов заданий, приведенных в лабораторной работе, с использованием автоматизированных рабочих мест лаборатории 2−24 Б.

предъявление выполненных индивидуальных заданий преподавателю. Студенты успешно справились с заданиями, что было удостоверено подписью в специально выделенной графе Выполнение в конспектах у студентов. В процессе работы студентами были выполнены следующие действия:

Установили и настроили виртуальные машины со следующими параметрами:

имя виртуальной машины «vpn1»;

операционная система Windows 7;

Memory -512 Mb, Virtual disk- 8 Gb;

жесткий диск «A new virtual hard disk»;

размер жесткого диска-8 Gb;

путь хранения образа жесткого диска- «Document and settings/My Virtual Machines/vpn1».

Рисунок 11-Установленная на виртуальной машине Windows 7(экранная копия).

Следуя методике разработанной в пункте 2.3 данной курсовой работы на первом шаге необходимо конвертировать файловую систему, затем в командной строке работать с файлами. Создаем раздела на диске, том, проверяем диск и сжимаем файл.

Во второй лабораторной работе работаем с резервным копирование, создаем: файловый архив, дисковый образ, восстанавливаем файловую систему и очищаем диск.

В третьей лабораторной работе с помощью утилитой BitLocker и EFS зашифровать и расшифровать диск и файл.

В последней лабораторной работе создаем правильную политику безопасности файловой системы от вирусов и других атак с помощью диспетчера настройки безопасности. Все подробности в приложении А.

Таблица 4- результаты апробации.

3.3.Выводы В ходе третьей главы была рассмотрена возможность экспериментального внедрения лабораторных работ в лаборатории 2−24 Б. Проведено тестирование лаборатории 2−24 Б на соответствие требованиям АРМ: рассмотрена топология сети лаборатории, программное обеспечение и техническое оборудование. Результат тестирования показал, что данная лаборатория содержит все необходимые средства для выполнения разработанных лабораторных работ. Студенты ответили на контрольные вопросы и выполнили практические задания, а значит, усвоили теоретический материал и получили навыки по организации безопасности файловой системы. Правда, в ходе работы с лабораторными работами были выявлены некоторые сложности в понимании материала и заданий, которые в последствии были отредактированы и дополнены материалом.

Глава 4. Разработка эргономических требований к организации рабочего места пользователя Эргономика — научная дисциплина, изучающая человека в условиях его деятельности, связанной с использованием машин. Цель эргономики: оптимизация условий труда в системе «человек-машина». Эргономика определяет требования человека к технике и условия ее функционирования. Эргономичность техники является наиболее обобщенным показателем свойств и других показателей техники.

Задачами эргономики как прикладной дисциплины являются:

проектирование системы «человек-машина», то есть распределение функций между человеком и машиной;

проектирование рабочего пространства так, чтобы физическое окружение соответствовало характеристикам человека;

проектирование окружающей среды в соответствии с требованиями оператора;

проектирование рабочих ситуаций (продолжительность рабочего дня, перерывы для отдыха и т. п.).

4.1 Оценка особенностей трудовой деятельности пользователя, объема и интенсивности информационных потоков Автоматизированные рабочие места пользователей оснащены персональными компьютерами и другой дополнительной техникой. Студенты выделяют много времени работая за компьютером, следовательно, возникает ряд вредоносных факторов ухудшения здоровья, т.к. работа с компьютерами обычно связана с повышенным нервно-психическим напряжением. Причинами этого являются: переработка больших объемов информации; необходимость поддержания навязываемого компьютером ритма интеллектуальной деятельности.

В аудитории во время работы студентов создаются различные источники шумов из-за того что в аудитории проводятся консультации студентов с преподавателями, а так же во время работы одних студентов другие сдают отчеты по проделанной работе в результате чего создаются дополнительные информационные потоки. Данные информационные потоки отвлекают студентов от выполнения поставленной задачи.

4.2 Оценка влияние эргономических характеристик рабочего места на работоспособность и здоровье пользователя Пользователи, работающие с персональными компьютерами, со временем жалуются на недомогания. Сюда относятся: повышенная утомляемость, боль в глазах, повышенная чувствительность к яркому свету, нарушения резкости изображения; в результате чего возникают: близорукость, головные боли и нарушения сна, утомление мышц рук и позвоночника, а также боли в области рук, шеи и спины. Поэтому необходимо соблюдать основные требования к организации автоматизированного рабочего места при эксплуатации электронно-вычислительных машин. Основные требования:

к помещению, где непосредственно находятся пользователи;

к микроклимату, т. е. содержанию вредных химических веществ и аэроионов в воздухе;

к параметрам физических факторов (шум на рабочих местах);

к освещенности помещения и рабочих мест;

к организации и оборудованию рабочих мест;

к организации режима труда и отдыха.

Помещение, в котором для работы используется вычислительная техника, не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибрации превышают нормируемые значения. Помещение должно иметь естественное и искусственное освещения. Естественное и искусственное освещение должно соответствовать требованиям действующей нормативной документации. Окна в помещении, где эксплуатируется вычислительной техники, преимущественно должны быть ориентированы на север и северо-восток. Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др. Расположение автоматизированного рабочего места в подвальных помещениях не допускается. [12,c.78]

При использовании электронного вычислительных машин с видеодисплейным терминалом (ВДТ) на базе электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) (без вспомогательных устройств — принтер, сканер и др.), отвечающих требованиям международных стандартов безопасности компьютеров, с продолжительностью работы менее 4 ч в день допускается минимальная площадь на одно рабочее место учащегося высшего профессионального образования.

Для внутренней отделки интерьера помещения должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка —; для стен —; для пола —. Поверхность пола должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и влажной уборки.

В помещении, в котором работа с электронно-вычислительной машиной является основной, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата. В холодный период года температура воздуха должна составлять, а в теплый период года —. Относительная влажность воздуха в таком помещении должна составлять, а скорость движения воздуха .

Работающий компьютер приводит к повышению температуры и снижению влажности воздуха. Длительная работа компьютера приводит к снижению концентрации кислорода, концентрация озона при этом наоборот увеличивается. Повышение температуры воздуха и снижение влажности вызывают напряжение функционального состояния сердечнососудистой, респираторной систем, ухудшение функций почек, дыхательных путей, головную боль и т. п.

В помещении при эксплуатации персональных электронно-вычислительных машин уровень шума на рабочих местах не должны превышать .

Помещение с персональными электронно-вычислительными машинами должно иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение на поверхности рабочего стола в зоне размещения рабочего документа должна быть. Искусственное освещение должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

Освещение лучше осуществлять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных слева от рабочих мест. При подсвете настольной лампы необходимо стремиться к уменьшению контраста между светлым экраном и окружающим фоном. С этих позиций наилучший результат создают лампы, размещаемые за экраном.

4.2 Проектирование мер, обеспечивающих эргономические требования к организации рабочего места пользователя и профилактики утомляемости Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации автоматизированных рабочих мест пользователей должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте, характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость элементов рабочего места.

Главными элементами рабочего места пользователя являются стол и кресло. Основным рабочим положением является: положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста. Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства (см. рисунок 12).

Моторное поле — пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук — это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона — часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Рисунок 12 — Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости.

На рисунке 13 показан пример размещения основных и периферийных составляющих компьютера на рабочем столе пользователя.

Рисунок 13 — Размещения основных и периферийных составляющих компьютера на рабочем столе.

Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:

высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы пользователь мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения пользователя;

высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах ;

высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около .

Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола находится в пределах. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки должен регулироваться.

Положение экрана определяется расстоянием считывания () и углом считывания, направлением взгляда на ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.

Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана:

по высоте ;

по наклону от до относительно вертикали;

в левом и правом направлениях.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие: голова не должна быть наклонена более чем на; плечи должны быть расслаблены; локти под углом; предплечья и кисти рук в горизонтальном положении .

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз пользователя до экрана дисплея составляет, то высота знака должна быть не менее, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет, а расстояние между знаками — их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов от до .

Во время пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор на расстоянии от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости .

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение, как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда. 12, c.45]

4.4 Выводы Были разработаны основные требования к организации автоматизированного рабочего места:

К помещению, где непосредственно находятся пользователи.

Помещение не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибрации превышают нормируемые значения.

Помещение должно иметь естественное и искусственное освещения.

Минимальная площадь одного автоматизированного рабочего места — Для внутренней отделки интерьера помещения должны использоваться материалы с коэффициентом отражения для потолка —; для стен —; для пола — .

К микроклимату, т. е. содержанию вредных химических веществ и аэроионов в воздухе.

В холодный период года температура воздуха должна составлять, а в теплый период года —. Относительная влажность воздуха в таком помещении должна составлять, а скорость движения воздуха .

К параметрам физических факторов (шум на рабочих местах).

Уровень шума на рабочих местах не должны превышать .

К освещенности помещения и рабочих мест.

Помещение должно иметь естественное () и искусственное освещения.

К организации и оборудованию рабочих мест.

Главными элементами рабочего места пользователя являются стол и кресло. Основным рабочим положением является: положение сидя.

Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:

высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы пользователь мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения пользователя;

высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах ;

высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около .

Для комфортной работы высота сиденья над уровнем пола находится в пределах. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки должен регулироваться.

Положение экрана определяется расстоянием считывания () и углом считывания, направлением взгляда на ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению. Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана.

К организации режима труда и отдыха.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение, как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда.

Приложение, А Лабораторная работа № 1

Диспетчер процессов.

Цель работы: Создание процедуры диспетчера (переключателя) com программ находящихся в памяти.

Теоретические сведения:

Планирование процессов и потоков Подсистема управления процессами и потоками ответственна за обеспечение процессов необходимыми ресурсами.

Процесс (задача — process) требует для своего выполнения несколько более мелких работ, для обозначения которых используют термины поток или нить (thread). В простейшем случае процесс состоит из одного потока. Потоки возникли в ОС как средство распараллеливания вычислений.

Для того, чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов, а также не могли повредить коды и данные друг друга, задачей ОС является изоляция одного процесса от другого. Для этого ОС обеспечивает каждый процесс отдельным виртуальным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.

В ОС наряду с процессами нужен механизм распараллеливания вычислений, который учитывал бы тесные связи между отдельными ветвями вычислений одного и того же приложения. Для этих целей современные ОС предлагают механизм многопоточной обработки (multithreading). При этом вводится новая единица работы — поток выполнения.

Создание потоков требует от ОС меньших накладных расходов, чем процессов. Все потоки принадлежат одному приложению, поэтому ОС изолирует потоки в меньшей степени, нежели процессы.

Планирование и диспетчеризация потоков Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации.

Работа по определению того, в какой момент необходимо прервать выполнение текущего активного потока и какому потоку предоставить возможность выполняться, называется планированием.

Планирование потоков включает в себя решение двух задач:

определение момента времени для смены текущего активного потока;