- •1.1. Поняття операційної системи, її призначення та функції
- •1.1.1. Поняття операційної системи
- •1.1.2. Призначення операційної системи
- •1.1.3. Операційна система як розширена машина
- •1.1.4. Операційна система як розподілювач ресурсів
- •1.2. Історія розвитку операційних систем
- •1.3. Класифікація сучасних операційних систем
- •1.4. Функціональні компоненти операційних систем
- •1.4.1. Керування процесами й потоками
- •1.4.2. Керування пам'яттю
- •1.4.3. Керування введенням-виведенням
- •1.4.4. Керування файлами та файлові системи
- •1.4.5. Мережна підтримка
- •1.4.6. Безпека даних
- •1.4.7. Інтерфейс користувача
- •2.1. Базові поняття архітектури операційних систем
- •2.1.1. Механізми і політика
- •2.1.2. Ядро системи. Привілейований режим і
- •2.2. Реалізація архітектури операційних систем
- •2.2.1. Монолітні системи
- •2.2.2. Багаторівневі системи
- •2.2.3. Системи з мікроядром
- •2.2.4. Концепція віртуальних машин
- •2.3.1. Взаємодія ос і апаратного забезпечення
- •2.3.2. Взаємодія ос і виконуваного програмного коду
- •2.4.1. Базова архітектура unix
- •2.4.2. Архітектура Linux
- •2.5. Особливості архітектури: Windows хр
- •2.5.1. Компоненти режиму ядра
- •2.5.2. Компоненти режиму користувача
- •2.5.3. Об'єктна архітектура Windows хр
- •3.1. Базові поняття процесів і потоків
- •3.1.1. Процеси і потоки в сучасних ос
- •3.1.2. Моделі процесів і потоків
- •3.1.3. Складові елементи процесів і потоків
- •3.2. Багатопотоковість та її реалізація
- •3.2.1. Поняття паралелізму
- •3.2.2. Види паралелізму
- •3.2.3. Переваги і недоліки багатопотоковості
- •3.2.4. Способи реалізації моделі потоків
- •3.3. Стани процесів і потоків
- •3.4. Опис процесів і потоків
- •3.4.1. Керуючі блоки процесів і потоків
- •3.4.2. Образи процесу і потоку
- •3.5. Перемикання контексту й обробка переривань
- •3.5.1. Організація перемикання контексту
- •3.5.2. Обробка переривань
- •3.6. Створення і завершення процесів і потоків
- •3.6.1.Створення процесів
- •3.6.2.Ієрархія процесів
- •3.6.3.Керування адресним простором під час створення процесів
- •3.6.4. Особливості завершення процесів
- •3.6.5. Синхронне й асинхронне виконання процесів
- •3.6.6. Створення і завершення потоків
- •4.1. Загальні принципи планування
- •4.1.1. Особливості виконання потоків
- •4.1.2. Механізми і політика планування
- •4.1.3. Застосовність принципів планування
- •4.2. Види планування
- •4.2.1. Довготермінове планування
- •4.2.2. Середньотермінове планування
- •4.2.3. Короткотермінове планування
- •4.3. Стратегії планування. Витісняльна і невитісняльна багатозадачність
- •4.4. Алгоритми планування
- •4.4.1. Планування за принципом fifo
- •4.4.2. Кругове планування
- •4.4.3. Планування із пріоритетами
- •4.4.4. Планування на підставі характеристик подальшого виконання
- •4.4.5. Багаторівневі черги зі зворотним зв'язком
- •4.4.6. Лотерейне планування
- •4.5. Реалізація планування в Linux
- •4.5.1. Планування процесів реального часу в ядрі
- •6.1. Види міжпроцесової взаємодії
- •6.1.1.Методи розподілюваної пам'яті
- •6.1.2.Методи передавання повідомлень
- •6.1.3.Технологія відображуваної пам'яті
- •6.1.4.Особливості міжпроцесової взаємодії
- •6.2. Базові механізми міжпроцесової взаємодії
- •6.2.1. Міжпроцесова взаємодія на базі спільної пам'яті
- •6.2.2. Основи передавання повідомлень
- •6.2.3. Технології передавання повідомлень
- •8.1. Основи технології віртуальної пам'яті
- •8.1.1. Поняття віртуальної пам'яті
- •8.1.2. Проблеми реалізації віртуальної пам'яті. Фрагментація пам'яті
- •8.1.4. Підхід базового і межового регістрів
- •8.2. Сегментація пам'яті
- •8.2.1. Особливості сегментації пам'яті
- •8.2.2. Реалізація сегментації в архітектурі іа-32
- •8.3. Сторінкова організація пам'яті
- •8.3.1. Базові принципи сторінкової організації пам'яті
- •8.3.2. Порівняльний аналіз сторінкової організації пам'яті та сегментації
- •8.3.3. Багаторівневі таблиці сторінок
- •8.3.4. Реалізація таблиць сторінок в архітектурі іа-32
- •8.3.5. Асоціативна пам'ять
- •8.4. Сторінково-сегментна організація пам'яті
- •8.5. Реалізація керування основною пам'яттю: Linux
- •8.5.1. Використання сегментації в Linux. Формування логічних адрес
- •8.5.2. Сторінкова адресація в Linux
- •8.5.3. Розташування ядра у фізичній пам'яті
- •8.5.4.Особливості адресації процесів і ядра
- •8.5.5.Використання асоціативної пам'яті
- •8.6. Реалізація керування основною пам'яттю: Windows хр
- •8.6.1.Сегментація у Windows хр
- •8.6.2.Сторінкова адресація у Windows хр
- •8.6.3.Особливості адресації процесів і ядра
- •8.6.4. Структура адресного простору процесів і ядра
- •11.1. Поняття файла і файлової системи
- •11.1.1. Поняття файла
- •11.1.2.Поняття файлової системи
- •11.1.3.Типи файлів
- •11.1.4. Імена файлів
- •11.2. Організація інформації у файловій системі
- •11.2.1. Розділи
- •11.2.2. Каталоги
- •11.2.3. Зв'язок розділів і структури каталогів
- •11.3. Зв'язки
- •11.3.1. Жорсткі зв'язки
- •11.3.2. Символічні зв'язки
- •11.4. Атрибути файлів
- •11.5. Операції над файлами і каталогами
- •11.5.1. Підходи до використання файлів процесами
- •12.1. Базові відомості про дискові пристрої
- •12.1.1. Принцип дії жорсткого диска
- •12.1.2. Ефективність операцій доступу до диска
- •12.2. Розміщення інформації у файлових системах
- •12.2.1. Фізична організація розділів на диску
- •12.2.2. Основні вимоги до фізичної організації файлових систем
- •12.2.3. Неперервне розміщення файлів
- •12.2.4. Розміщення файлів зв'язними списками
- •12.2.5. Індексоване розміщення файлів
- •12.2.6. Організація каталогів
- •15.1. Завдання підсистеми введення-виведення
- •15.1.1. Забезпечення ефективності доступу до пристроїв
- •15.1.2. Забезпечення спільного використання зовнішніх пристроїв
- •15.1.3. Універсальність інтерфейсу прикладного програмування
- •15.1.4. Універсальність інтерфейсу драйверів пристроїв
- •15.2. Організація підсистеми введення-виведення
- •15.2.1. Символьні, блокові та мережні драйвери пристроїв
- •15.2.2. Відокремлення механізму від політики за допомогою
- •15.3. Способи виконання операцій введення-виведення
- •15.3.1. Опитування пристроїв
- •15.3.2. Введення-виведення, кероване перериваннями
- •15.3.3. Прямий доступ до пам'яті
- •15.4. Підсистема введення-виведення ядра
- •15.4.1. Планування операцій введення-виведення
- •15.4.2. Буферизація
- •15.7. Керування введенням-виведенням: unix і Linux
- •15.7.1. Інтерфейс файлової системи
- •15.7.2. Передавання параметрів драйверу
- •15.7.3. Структура драйвера
- •15.7.4. Виконання операції введення-виведення для пристрою
- •15.8. Керування введенням-виведенням: Windows хр
- •15.8.1. Основні компоненти підсистеми введення-виведення
- •15.8.2. Виконання операції введення-виведення для пристрою
- •15.8.3. Передавання параметрів драйверу пристрою
- •17.1. Термінальне введення-виведення
- •17.1.1. Організація термінального введення-виведення
- •17.1.3. Термінальне введення-виведення у Win32 api
- •17.2. Командний інтерфейс користувача 17.2.1.
- •17.2.2. Переспрямування потоків введення-виведення
- •17.2.3. Використання каналів
- •17.3. Графічний інтерфейс користувача
- •17.3.1. Інтерфейс віконної та графічної підсистеми Windows хр
- •17.3.2. Система X Window
- •17.4. Процеси без взаємодії із користувачем
- •17.4.1. Фонові процеси на основі posix
- •17.4.2. Служби Windows хр
- •16.1. Загальні принципи мережної підтримки
- •16.1.1. Рівні мережної архітектури і мережні сервіси
- •16.1.2. Мережні протоколи
- •16.2. Реалізація стека протоколів Інтернету
- •16.2.1. Рівні мережної архітектури tcp/ip
- •16.2.2. Канальний рівень
- •16.2.3. Мережний рівень
- •16.2.4. Транспортний рівень
- •16.2.5. Передавання даних стеком протоколів Інтернету
- •16.3. Система імен dns
- •16.3.1. Загальна характеристика dns
- •16.3.2. Простір імен dns
- •16.3.3. Розподіл відповідальності
- •16.3.4. Отримання ір-адрес
- •16.3.5. Кешування ір-адрес
- •16.3.6. Типи dns-ресурсів
- •16.4. Програмний інтерфейс сокетів Берклі
- •16.4.1. Особливості роботи з адресами
- •16.4.2. Створення сокетів
- •16.4.3. Робота з потоковими сонетами
- •16.4.4. Введення-виведення з повідомленням
- •19.1. Загальні принципи завантаження ос
- •19.1.1. Апаратна ініціалізація комп'ютера
- •19.1.2. Завантажувач ос
- •19.1.3. Двоетапне завантаження
- •19.1.4. Завантаження та ініціалізація ядра
- •19.1.5. Завантаження компонентів системи
- •19.2. Завантаження Linux
- •19.2.1. Особливості завантажувача Linux
- •19.2.2. Ініціалізація ядра
- •19.2.3. Виконання процесу init
- •19.3. Завантаження Windows хр
- •20.1. Багатопроцесорні системи
- •20.1.1. Типи багатопроцесорних систем
- •20.1.2. Підтримка багатопроцесорності в операційних системах
- •20.1.3. Продуктивність багатопроцесорних систем
- •20.1.4. Планування у багатопроцесорних системах
- •20.1.5. Спорідненість процесора
- •20.1.6. Підтримка багатопроцесорності в Linux
- •20.1.7. Підтримка багатопроцесорності у Windows хр
- •20.2. Принципи розробки розподілених систем
- •20.2.1. Віддалені виклики процедур
- •20.2.2. Використання Sun rpc
- •20.2.3. Використання Microsoft rpc
- •20.2.4. Обробка помилок і координація в розподілених системах
- •20.3. Розподілені файлові системи
- •20.3.1. Організація розподілених файлових систем
- •20.3.2. Файлова система nfs
- •20.3.3. Файлова система Microsoft dfs
- •20.4. Сучасні архітектури розподілених систем
- •20.4.1. Кластеры системи
- •20.4.2. Grid-системи
- •18.1. Основні завдання забезпечення безпеки
- •18.2. Базові поняття криптографії
- •18.2.1. Поняття криптографічного алгоритму і протоколу
- •18.2.2. Криптосистеми з секретним ключем
- •18.2.3. Криптосистеми із відкритим ключем
- •18.2.4. Гібридні криптосистеми
- •18.2.5. Цифрові підписи
- •18.2.6. Сертифікати
- •18.3. Принципи аутентифікаціїі керування доступом
- •18.3.1. Основи аутентифікації
- •18.3.2. Основи керування доступом
- •18.4. Аутентифікація та керування доступом в unix
- •18.4.1. Облікові записи користувачів
- •18.4.2. Аутентифікація
- •18.4.3. Керування доступом
- •18.5. Аутентифікація і керування доступом у Windows xp
- •18.5.1. Загальна архітектура безпеки
- •18.5.2. Аутентифікація
- •18.5.3. Керування доступом
- •18.6. Аудит
- •18.6.1. Загальні принципи організації аудиту
- •18.6.2. Робота із системним журналом unix
- •18.6.3. Журнал подій Windows xp
- •18.7. Локальна безпека даних
- •18.7.1. Принципи шифрування даних на файлових системах
- •18.7.2. Підтримка шифрувальних файлових систем у Linux
- •18.7.3. Шифрувальна файлова система Windows xp
- •18.8. Мережна безпека даних
- •18.8.1. Шифрування каналів зв'язку
- •18.8.2. Захист інформації на мережному рівні
- •18.8.3. Захист інформації на транспортному рівні
- •18.9. Атаки і боротьба з ними
- •18.9.1. Переповнення буфера
- •18.9.2. Відмова від обслуговування
- •18.9.3. Квоти дискового простору
- •18.9.4. Зміна кореневого каталогу застосування
18.7. Локальна безпека даних
Цей розділ присвячено організації локальної безпеки даних в операційних системах. Вона пов'язана із забезпеченням конфіденційності інформації в рамках локального комп'ютера. Як приклад реалізації технології буде наведено автоматичне шифрування даних на файлових системах.
Зазначимо, що є й інші підходи до реалізації локальної безпеки системи. Більшість сучасних OC реалізують бібліотеки, що дають змогу програмістові шифрувати дані та виконувати інші операції, пов'язані з їхнім криптографічним перетворенням, безпосередньо у прикладних програмах. У системах лінії Windows XP для цього призначено інтерфейси CryptoAPI і SSPI [56], в UNIX-системах можна використати системний виклик crypt().
18.7.1. Принципи шифрування даних на файлових системах
Механізми керування доступом до файлів не можуть запобігти несанкціонованому доступу до інформації у разі фізичного викрадення жорсткого диска. Зробивши це, зловмисник може підключити диск до комп'ютера із сумісною версією операційної системи, у якій він є привілейованим користувачем. Після реєстрації із правами такого користувача можна отримати доступ до всіх файлів на викраденому диску незалежно від того, які для них задані списки контролю доступу. Така проблема характерна для переносних комп'ютерів (ноутбуків), оскільки вони частіше потрапляють у чужі руки.
Щоб запобігти такому розвитку подій, необхідно організувати конфіденційне зберігання найціннішої інформації. Найчастіше це реалізують за допомогою шифрування даних на файловій системі.
Таке шифрування звичайно здійснюють на рівні драйвера файлової системи, який перехоплює спроби доступу до файла і шифрує та дешифрує його «на льоту» у разі, коли користувач надав необхідні дані (наприклад, ключ) для виконання цих операцій.
Далі в цьому розділі йтиметься про особливості підтримки таких файлових систем у Linux і Windows XP.
18.7.2. Підтримка шифрувальних файлових систем у Linux
У Linux є кілька реалізацій файлових систем із підтримкою шифрування даних. Найвідоміші з них CFS і TCFS.
Підтримка файлової системи CFS реалізована в режимі користувача і дає змогу шифрувати дані на будь-якій наявній файловій системі ціною певної втрати продуктивності. Як алгоритм шифрування використовують потрійний DES. Шифрування може бути застосоване для окремих каталогів і файлів.
Підтримка системи TCFS реалізована в режимі ядра, що дає змогу досягти вищої продуктивності і ступеня захисту. Встановлення підтримки цієї файлової системи, однак, складніше (потрібні внесення змін у код ядра Linux і його перекомпіляція). Ця файлова система реалізує концепцію динамічних модулів шифрування, надаючи користувачу можливість вибору алгоритму і режиму шифрування, які будуть використані для конкретної файлової системи, окремого каталогу або файла.
18.7.3. Шифрувальна файлова система Windows xp
Засоби підтримки шифрування файлів у OC лінії Windows XP описані під загальною назвою шурувальної файлової системи (Encrypting File Systera, EFS). Для цього використовують драйвер файлової системи, розташований над драйвером NTFS.
Принципи роботи EFS
Реалізація EFS - це гібридна криптосистема із кількома рівнями шифрування.
♦ Безпосередньо для шифрування даних файла використовують симетричний алгоритм (посилений аналог DES, можливе використання інших алгоритмів). Ключ для нього {ключ шифрування файла - File Encryption Key, FEK) генерують випадково під час кожної спроби зашифрувати файл.
♦ Для шифрування FEK використовують алгоритм із відкритим ключем (RSA). Для кожного користувача генерують пару RSA-ключів, при цьому FEK шифрують відкритим ключем цієї пари. Результат шифрування FEK зберігають у заголовку файла. Крім того, передбачена можливість дешифрування файла довіреною особою {агентом відновлення, recovery agent) у разі втрати ключа користувачем. Для цього результат шифрування FEK відкритими ключами довірених агентів також зберігають у заголовку файла.
♦ Відкритий ключ користувача зберігають у вигляді сертифіката у сховищі сертифікатів (certificate store), розташованому в домашньому каталозі користувача на локальному комп'ютері. Крім того, у цьому сховищі містяться сертифікати всіх агентів відновлення.
♦ Для шифрування закритого ключа користувача використовують симетричний алгоритм RC4 із ключем, який система генерує випадково і періодично обновлює. Цей ключ називають майстер-ключем (master key). Результат шифрування закритого ключа майстер-ключем зберігають на файловій системі в домашньому каталозі користувача.
♦ Для шифрування майстер-ключа теж використовують симетричний алгоритм RC4, але із більшою довжиною ключа. Його генерують на основі застосування односторонньої хеш-функції SHA-I до даних облікового запису користувача (його SID і паролю). Результат шифрування майстер-ключа цим ключем також зберігають на файловій системі.
Програмний інтерфейс EFS
Для шифрування файла або каталогу використовують функцію EncryptFi le(), а для дешифрування - DecryptFile() [70]:
EncryptFi1e("myfi1e.txt");
DecryptFile("myfile.txt", 0);
Для перевірки того, чи файл зашифрований, використовують функцію FiIe-EncryptionStatus():
BOOL FileEncryptionStatus(LPCTSTR fname, LPDW0RD status):
де: fname — ім'я файла або каталогу;
status - покажчик на змінну, у яку заноситься інформація про підтримку шифрування для файла (FILEENCRYPTABLE - файл може бути зашифрований, FILEISENCRYPTED - файл зашифрований; інші значення показують, що шифрування не підтримується).
Ця функція повертає FALSE, якщо під час перевірки виникла помилка. DWORD status;
if (Fi1eEncryptionStatus("myfile.txt", &status)) {
if (status == FILE_IS_ENCRYPTED) printf ("Файл зашифрований\п"):
}
Для деяких каталогів має сенс заборонити шифрування. Для цього необхідно помістити в такий каталог файл desktop.ini з інформацією:
[Encryption]
Disable=1