Экзамен

Аппаратное обеспечение и Общая теория ОС

1. BIOS. Назначение. Этапы загрузки компьютера при включении.

BIOS (Basic Input/Output System) — базовая система ввода-вывода. Это микропрограмма, «зашитая» в ПЗУ (ROM) на материнской плате. Назначение: Инициализация оборудования и передача управления загрузчику операционной системы.

Этапы загрузки:

1. Включение питания (Power On): Подача напряжения, сброс регистров процессора.
2. POST (Power-On Self-Test): Самотестирование «железа» (ОЗУ, видеокарта, клавиатура).
3. Поиск загрузочного устройства: BIOS перебирает устройства (HDD, USB, CD) согласно приоритету (Boot Priority).
4. Загрузка MBR/UEFI: Считывание первого сектора диска (Master Boot Record) или поиск загрузчика в EFI-разделе.
5. Запуск Bootloader (GRUB/LILO): Загрузчик считывает ядро ОС в память.
6. Передача управления ядру: BIOS завершает работу, начинает работать ОС.

2. Оперативная память (RAM). Принципы работы. Отличия от файла подкачки (swap).

RAM (Random Access Memory) — энергозависимая память с произвольным доступом. Хранит данные и машинный код, которые процессор обрабатывает в данный момент. Работает на основе конденсаторов (DRAM) или триггеров (SRAM).

Swap (Файл/раздел подкачки): Участок на жестком диске (HDD/SSD), используемый ОС как расширение оперативной памяти. Отличия:

1. Скорость: RAM в тысячи раз быстрее Swap (диска).
2. Назначение: В RAM — активные процессы. В Swap выгружаются (“свопятся”) неактивные страницы памяти, когда RAM не хватает.
3. Физика: RAM — микросхемы, Swap — магнитная запись или флеш-память.

3. CPU и GPU. Назначение. Основные архитектурные различия.

• CPU (Central Processing Unit): Универсальный процессор. Предназначен для выполнения последовательных задач, сложной логики, ветвлений, управления ОС. Имеет мало мощных ядер (2–64), большой кэш, сложный блок предсказания переходов. Архитектура SISD/MIMD.
• GPU (Graphics Processing Unit): Графический процессор. Предназначен для параллельной обработки огромных массивов однотипных данных (графика, матрицы, криптография). Имеет тысячи слабых ядер, высокую пропускную способность памяти. Архитектура SIMD (одна команда — много данных).

4. Файловые системы. Принципы устройства. Дефрагментация.

Файловая система (ФС) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях. Принципы: Разбиение диска на кластеры/блоки. Хранение метаданных (таблицы размещения файлов) отдельно от содержимого. Примеры: FAT32, NTFS (Windows), ext4, xfs, btrfs (Linux).

Дефрагментация: Процесс перераспределения фрагментов файлов так, чтобы они располагались в непрерывных областях диска.

• Зачем: Ускоряет чтение на HDD (головке не надо прыгать).
• Нюанс: Не нужна (и вредна) для SSD.

5. UNIX и Linux. Основные отличия.

• UNIX: Семейство проприетарных (коммерческих) ОС, разработанных в 1970-х (Bell Labs). Стандартизированы (SUS). Работают на дорогом серверном «железе». Примеры: AIX, HP-UX, Solaris, macOS (сертифицированный Unix).
• Linux: Клон Unix, написанный с нуля Линусом Торвальдсом (1991). Это только ядро. Распространяется бесплатно (Open Source, лицензия GPL). Работает на всём: от утюгов до суперкомпьютеров. Linux — это “Unix-like” система.

6. ОС. Назначение, основные функции.

ОС — комплекс программ, управляющих ресурсами компьютера и предоставляющих интерфейс пользователю. Функции:

1. Управление процессами и потоками (планирование).
2. Управление памятью (выделение, освобождение, виртуальная память).
3. Управление файловой системой.
4. Управление вводом-выводом (драйверы устройств).
5. Обеспечение безопасности и разграничение прав доступа.

7. ОС Linux. Краткая история развития. Примеры дистрибутивов.

• 1991: Линус Торвальдс выкладывает исходный код ядра (версия 0.01).
• 1983: Ричард Столлман запускает проект GNU (софт для свободной ОС).
• Linux = Ядро Linux + Утилиты GNU.
• Дистрибутивы: Ubuntu, Debian, Fedora, CentOS, Arch Linux, Kali Linux, Astra Linux (РФ).

8. Основные преимущества ОС Linux над Windows.

1. Открытый исходный код: Возможность аудита безопасности (важно для ИУ10!) и модификации.
2. Безопасность: Разграничение прав (root/user), отсутствие вирусов в привычном понимании, репозитории ПО.
3. Гибкость и модульность: Можно собрать систему под любые нужды, сменить графическое окружение или работать только в консоли.
4. Бесплатность (большинства дистрибутивов).
5. Стабильность и производительность (не требует перезагрузок годами).

---

Пользователи и Файловая система

9. Пользователи и группы. Файлы /etc/passwd, /etc/group, /etc/shadow.

• /etc/passwd: База данных пользователей. Читается всеми. Формат: login:x:UID:GID:Comment:Home:Shell. (Вместо пароля стоит x).
• /etc/group: База данных групп. Формат: group_name:x:GID:user1,user2.
• /etc/shadow: Хранит хеши паролей и параметры устаревания. Доступен только root (права 600 или 640).

---

• Нюанс: Почему пароль хранят в /etc/shadow, а не в /etc/passwd (где раньше хранили)?
• Ответ: /etc/passwd должен быть читаем всеми пользователями (например, чтобы команда ls -l могла подставить имя вместо цифры UID). Если там хранить хеши паролей, любой пользователь сможет скопировать их и запустить брутфорс (подбор пароля) у себя дома. /etc/shadow читает только root, поэтому это безопасно.

10. Стандартные пользователи и группы.

1. root (UID 0): Суперпользователь, администратор. Имеет неограниченные права.
2. Системные пользователи (UID 1–999): Нужны для запуска служб, чтобы не запускать их от root (безопасность).
   • daemon, bin, sys — служебные.
   • www-data — веб-сервер.
   • nobody — пользователь с минимальными правами.
3. Обычные пользователи (UID >= 1000).

11. Команды для управления пользователями и группами.

• useradd: Создать пользователя (низкоуровневая).
• adduser: Создать пользователя (интерактивная, удобнее).
• usermod: Изменить параметры (например, добавить в группу: usermod -aG sudo user).
• userdel: Удалить пользователя.
• passwd: Сменить пароль.
• groupadd, groupdel: Создание/удаление групп.
• id: Показать UID и GID текущего пользователя.

12. Стандартные переменные окружения.

Переменные хранят настройки среды. Просмотр: env или printenv.

• HOME: Путь к домашнему каталогу (/home/user).
• PWD: Текущая рабочая директория.
• USER: Имя текущего пользователя.
• PATH: Список директорий (через двоеточие), в которых оболочка ищет исполняемые файлы команд.
• TZ: Часовой пояс.
• SHELL: Путь к текущей оболочке (/bin/bash).

13. Концепция «всё есть файл». Права файлов.

Концепция: В Unix/Linux единообразный интерфейс доступа. Документы, директории, жесткие диски, клавиатура, сетевые сокеты и даже процессы представлены в виде файлов в файловой системе.

Права (rwx):

• Три группы: User (владелец), Group (группа), Other (остальные).
• r (read, 4): Чтение (для папки — просмотр списка ls).
• w (write, 2): Запись (для папки — создание/удаление файлов).
• x (execute, 1): Исполнение (для папки — вход в неё cd).

---

• Вопрос: Если всё есть файл, то можно ли удалить процесс командой rm?
• Ответ: Нет. Процессы представлены файлами в виртуальной ФС /proc. Если попытаться сделать rm /proc/1234, система выдаст ошибку “Operation not permitted”, так как эти файлы создаются ядром “на лету” и не лежат на диске. Удалять процесс нужно сигналом (kill).

14. Файловый объект. Виды файловых объектов.

Файловый объект — это ссылка на иноду (inode). Тип виден первым символом в ls -l.

1. - Обычный файл: Текст, код, бинарник, картинка.
2. d Каталог (Directory): Файл, содержащий таблицу «имя файла — номер inode».
3. l Символьная ссылка (Symlink): Указатель на другой файл по имени.
4. b Блочное устройство: Диски, флешки.
5. c Символьное устройство: Терминал, клавиатура, /dev/null.
6. p Канал (FIFO/Pipe): Для межпроцессного взаимодействия.
7. s Сокет: Для сетевого взаимодействия процессов.

---

• Нюанс: Чем отличается Блочное устройство (b) от Символьного (c)?
• Ответ:

• Символьное (Character): Работает с потоком байтов последовательно (как труба). Пример: Клавиатура, Мышь, Звуковая карта. Нельзя прочитать “5-й байт с конца”, пока не прочитаешь всё до него.
• Блочное (Block): Работает блоками (обычно 512 байт или 4КБ). Можно произвольно прыгать по данным (Random Access). Пример: Жесткий диск, Флешка.

15. Устройство исполняемого файла. Различия: файл и команда.

Исполняемый файл: Файл, который ОС может запустить на выполнение (имеет право x).

• Бинарный (ELF): Машинный код, понятный процессору (скомпилированная программа). Начинается с заголовка ELF.
• Скрипт: Текстовый файл с кодом на интерпретируемом языке. Должен начинаться с шебанга (например, #!/bin/bash), указывающего интерпретатор.

Команда: Более широкое понятие. Это то, что мы вводим в терминал. Может быть:

1. Исполняемым файлом (внешняя команда, например, /bin/ls).
2. Встроенной командой оболочки (builtin, например, cd, echo, alias).
3. Функцией shell.

16. Устройство файла в Linux. Жесткие и символические ссылки.

Inode (индексный дескриптор): Структура данных, описывающая файл (права, владелец, размер, адреса блоков на диске), но не содержащая имени.

1. Жесткая ссылка (Hard Link):
   • Это просто еще одно имя для того же самого inode.
   • Файл и жесткая ссылка равноправны.
   • Нельзя создать для директорий и между разными файловыми системами.
   • Файл удаляется, когда счетчик жестких ссылок равен 0.
2. Символическая ссылка (Soft Link):
   • Отдельный файл (свой inode), содержащий путь к целевому файлу.
   • Может указывать на директории и несуществующие файлы.
   • Если удалить цель, ссылка становится «битой».

17. Логическая структура ФС. Корневой каталог. Каталоги первого уровня.

Единое дерево каталогов, начинающееся с корня / (root). FHS (Filesystem Hierarchy Standard):

• /bin & /sbin: Бинарные файлы (программы) для пользователя и администратора.
• /boot: Ядро и загрузчик.
• /dev: Файлы устройств.
• /etc: Конфигурационные файлы.
• /home: Личные папки пользователей.
• /lib: Системные библиотеки.
• /media & /mnt: Точки монтирования съемных носителей.
• /opt: Дополнительное ПО.
• /proc & /sys: Виртуальные ФС (информация о ядре и процессах).
• /root: Домашняя папка суперпользователя.
• /tmp: Временные файлы.
• /usr: Вторичная иерархия (программы, библиотеки, доки для пользователей).
• /var: Переменные данные (логи, почта, базы данных).

18. Команды LS, CP, MV, PWD, RM, CD, MAN. Назначение, способ применения.

• ls (list): Выводит содержимое каталога.
  • ls -l — подробный список (права, размер, дата).
  • ls -a — показать скрытые файлы.
• cp (copy): Копирует файлы или каталоги.
  • cp file1 file2 — скопировать файл.
  • cp -r dir1 dir2 — скопировать папку рекурсивно.
• mv (move): Перемещает или переименовывает файлы.
  • mv old.txt new.txt — переименование.
  • mv file.txt /tmp/ — перемещение.
• pwd (print working directory): Выводит полный путь к текущей директории.
• rm (remove): Удаляет файлы или каталоги.
  • rm file — удалить файл.
  • rm -r dir — удалить папку.
• cd (change directory): Изменяет текущую директорию.
  • cd /home — переход по пути.
  • cd .. — на уровень выше.
• man (manual): Открывает руководство по команде.
  • man ls — показать справку по ls.

19. Команды CAT, ECHO. Назначение, способ применения.

• cat (concatenate): Выводит содержимое файла на экран (стандартный вывод). Также используется для объединения файлов.
  • cat file.txt — показать содержимое.
• echo: Выводит строку текста или значение переменной.
  • echo "Hello" — напечатать Hello.
  • echo $HOME — вывести путь к домашней папке.

20. Команда FIND. Назначение, способ применения.

Назначение: Поиск файлов и директорий в файловой системе по заданным критериям. Синтаксис: find [путь] [критерии] [действие]

• find . -name "*.txt" — найти все txt-файлы в текущей папке и подпапках.
• find /var/log -type f -size +10M — найти файлы больше 10 Мб.

21. Команда GREP. Назначение, способ применения.

Назначение: Поиск строк, соответствующих шаблону (регулярному выражению), внутри файлов или в потоке данных. Примеры:

• grep "error" syslog — найти строки со словом “error” в файле.
• grep -r "config" /etc/ — рекурсивный поиск по всем файлам в папке.
• ps aux | grep firefox — поиск процесса через конвейер.

22, 23. Команды CHMOD, CHOWN. Назначение, способ применения.

• chmod (change mode): Изменяет права доступа к файлу (чтение, запись, выполнение).
  • Числовой способ: chmod 755 script.sh (7=rwx для владельца, 5=rx для остальных).
  • Символьный способ: chmod u+x script.sh (добавить владельцу право на выполнение).
• chown (change owner): Изменяет владельца и группу файла.
  • chown user:group file.txt — назначить владельца user и группу group.
  • chown -R user dir/ — применить рекурсивно к папке.

24. Команды TAR, ZIP. Назначение, способ применения.

• tar (tape archive): Основной инструмент архивации в Linux (часто используется с сжатием gzip).
  • tar -cvf archive.tar folder — создать архив (Create).
  • tar -xvf archive.tar — распаковать архив (eXtract).
  • tar -czvf archive.tar.gz folder — создать с сжатием gzip.
• zip / unzip: Работа с форматом .zip (для совместимости с Windows).
  • zip -r archive.zip folder — запаковать папку.
  • unzip archive.zip — распаковать.

25. Процессы в Linux. Порождение. Первый процесс. Copy-on-write.

• Порождение: Новые процессы создаются системным вызовом fork(). Он создает полную копию родительского процесса. Затем вызывается exec(), который заменяет код клона на код новой программы.
• Первый процесс: При загрузке ядра запускается процесс init (или systemd в современных системах). Его PID всегда равен 1. Он является предком всех остальных процессов.
• Copy-on-write (COW): Механизм оптимизации при fork(). Память родителя не копируется физически сразу. Дочерний процесс получает ссылки на те же страницы памяти. Физическое копирование происходит только в момент, когда один из процессов пытается записать (изменить) данные в памяти.

---

• Вопрос: Зачем разделять fork() и exec()? Почему нельзя сразу создать процесс одной командой?
• Ответ: Это нужно для настройки процесса перед запуском новой программы.

• Когда делается fork(), мы получаем копию.
• В этот момент (между fork и exec) мы можем, например, перенаправить ввод-вывод (заменить stdout на файл для реализации >), изменить права или приоритет.
• И только потом вызвать exec(), чтобы запустить чистый код. Без разделения было бы очень сложно реализовать перенаправление потоков (|, >).

26. Процессы в Linux. Виды процессов. Управление процессами.

Виды:

1. Интерактивные: Запущены пользователем в терминале (связаны с сеансом).
2. Пакетные (Фоновые): Выполняются без участия пользователя, имеют низкий приоритет.
3. Демоны: Системные процессы, работающие в фоне, запускаются при старте системы.

Управление:

• Приостановка (Ctrl+Z), прерывание (Ctrl+C).
• Перевод в фон (bg) и возвращение (fg).
• Изменение приоритета (nice, renice).
• Завершение (сигналы через kill).

27. Процессы в Linux. Мониторинг. Зомби-процессы.

Мониторинг: Осуществляется командами top, htop, ps. Они показывают PID, потребление CPU/MEM, статус. Зомби (defunct, статус Z): Процесс, который завершил выполнение, но его родительский процесс еще не считал его код возврата (через вызов wait()). Зомби не потребляют память (кроме записи в таблице процессов), но занимают PID.

28. Процессы в Linux. Службы. Управление. Примеры.

Служба (Unit/Service): Описанный конфигурационным файлом процесс (обычно демон), которым управляет система инициализации (systemd). Управление (systemctl):

• systemctl start/stop service_name — запуск/остановка.
• systemctl enable/disable service_name — включение/выключение автозагрузки.
• systemctl status service_name — просмотр состояния. Примеры: sshd (SSH-сервер), cron (планировщик), NetworkManager (сеть), docker.

29. Команды PS, KILL, TOP. Назначение, способ применения.

• ps (process status): «Снимок» текущих процессов.
  • ps aux — показать все процессы всех пользователей в детальном формате.
• kill: Посылает сигнал процессу (по PID).
  • kill 1234 — послать SIGTERM (просьба завершиться).
  • kill -9 1234 — послать SIGKILL (немедленное принудительное убийство).
• top: Интерактивный диспетчер задач. Обновляется в реальном времени, показывает нагрузку на ЦП и память.

30. Ввод-вывод. Потоки. Перенаправление. Конвейер.

Стандартные потоки:

1. stdin (0) — стандартный ввод.
2. stdout (1) — стандартный вывод.
3. stderr (2) — стандартный вывод ошибок.

Перенаправление:

• > — перенаправить вывод в файл (с перезаписью).
• >> — дописать в конец файла.
• 2> — перенаправить ошибки.
• < — перенаправить содержимое файла на ввод команды.

Конвейер (| Pipe): Передает stdout одной команды на stdin следующей. Пример: cat file.txt | grep "hello" (вывод cat становится вводом для grep).

• Практика: Как перенаправить И вывод, И ошибки в один файл?
• Ответ: command > file.txt 2>&1. (Направляем 2 (ошибки) туда же, куда смотрит 1 (вывод)).

31. BASH скрипты. Типы данных. Массивы. Арифметика.

Bash — язык с динамической слабой типизацией (всё — строки).

• Массивы: Обычные (индексируемые числами): arr=(a b c), доступ ${arr[0]}.
• Ассоциативные массивы: Индексы-строки (как словари). Требуют declare -A map. map[key]="val".
• Арифметический оператор: Конструкция $(( ... )).
  • Пример: res=$(( 5 + 2 * 3 )). Поддерживает +, -, *, /, % (остаток).

32. BASH скрипты. Условия и циклы.

Условный оператор:

if [ "$a" -eq 5 ]; then
    echo "Равно 5"
elif [ "$a" -gt 5 ]; then
    echo "Больше 5"
else
    echo "Меньше 5"
fi

Логические: -eq (==), -ne (!=), -lt (<), -gt (>). Оператор цикла:

• for: for i in {1..10}; do ... done или по списку файлов for f in *.txt.
• while: while [ condition ]; do ... done.

33. BASH скрипты. Функции. Аргументы. Возврат.

Функция:

my_func() {
    echo "Аргумент 1: $1"
    return 0
}

Передача аргументов: При вызове пишутся через пробел: my_func "test" 123. Внутри функции доступны как $1, $2 и т.д. Возврат значения:

1. return n — возвращает код завершения (0–255), проверяется через $?.
2. Вывод в stdout (echo result), который перехватывается при вызове: val=$(my_func).

---

• Важное уточнение: Bash-функции не могут возвращать строки или массивы через return. return принимает только число 0-255 (статус выхода).
• Чтобы вернуть данные, нужно использовать echo внутри функции и вызывать её через подстановку VAR=$(my_func).

34. Пакетный менеджер Linux. Репозитории. Пакеты. Команды.

Пакетный менеджер — система управления ПО (установка, удаление, обновление, разрешение зависимостей).

• Пакет: Архив с файлами программы и метаданными (версия, зависимости). Примеры: .deb (Debian/Ubuntu), .rpm (RedHat).
• Репозиторий: Хранилище пакетов в интернете.
• Основные команды (на примере apt):
  • apt update — обновить список пакетов из репозиториев.
  • apt install pkg — установить пакет.
  • apt remove pkg — удалить пакет.
  • apt upgrade — обновить установленные пакеты.

35. Конфигурационные файлы. Примеры. Назначение.

Текстовые файлы, хранящие настройки системы и программ. Обычно лежат в /etc. Примеры:

• /etc/fstab: Информация о дисках и точках монтирования.
• /etc/resolv.conf: Адреса DNS-серверов.
• /etc/passwd: Список пользователей.
• /etc/ssh/sshd_config: Настройки службы SSH.
• ~/.bashrc: Пользовательские настройки оболочки bash (алиасы, переменные).

36. ОС Linux. Назначение директорий /var, /home, /etc.

• /var (Variable): Содержит часто изменяемые файлы.
  • Логи (/var/log), почтовые ящики, базы данных, кэш, временные файлы блокировок.
• /home: Содержит домашние директории пользователей (например, /home/ivan). Здесь хранятся личные документы, настройки пользователя.
• /etc (Editable Text Configuration): Основное место хранения общесистемных конфигурационных файлов. Исполняемых файлов тут быть не должно.

37. ОС Linux. Назначение директорий /root, /usr, /dev.

• /root: Домашняя директория суперпользователя (root). Она отделена от /home, чтобы админ мог войти, даже если раздел /home не примонтирован.
• /usr (Unix System Resources / User System Resources): Вторичная иерархия. Содержит программы, библиотеки, документацию, доступные всем пользователям (аналог Program Files).
  • /usr/bin: Большинство пользовательских команд.
• /dev (Devices): Содержит файлы устройств. В Linux общение с «железом» идет через чтение/запись в эти файлы.
  • /dev/sda (диск), /dev/tty (терминал), /dev/null (пустота).