《操作系统》教学大纲.docx
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《操作系统》教学大纲
《操作系统》教学大纲
一、课程性质
本课程是计算机应用专业的核心课程之一,属于必修课程。
“操作系统”是计算机系统不可缺少的组成部分,负责对系统中各种资源进行有
效的管理和对各种活动进行正确的组织,使整个计算机系统协调一致且高效地工作,指挥计算机系统正常运行。
操作系统基于硬件,并对硬件实施管理,并构成对所有软件运行的支持平台,给用户使用计算机而提供方便灵活友好的接口。
本课程的先行课为计算机组成原理、微机原理、数据结构、高级语言程序设计;后序课程为数据库系统原理、计算机网络、分布式系统等。
二、教学目的
通过本课程的学习,使学生在深刻理解计算机系统整体概念的基础之上,掌握操作系统
的基本内容及实现方法,掌握操作系统对计算机系统中各种资源的管理和控制功能,从而使学生具备一定的系统软件开发技能,为以后从事的研究、开发工作(如设计、分析或改进各种系统软件和应用软件)提供必要的软件基础和基本技能。
三、教学内容
本课程内容包含:
操作系统引论,是对操作系统的一般性描述,包括什么是操作系统,操作系统在整个计算机系统的地位及其发展历史,它的功能、分类等;进程和线程,主要介绍进程和线程的概念,进程控制、进程同步和互斥,进程通信等;死锁,主要介绍死锁的概念、死锁的预防、死锁的避免、死锁的检测和恢复以及处理死锁的综合方式;调度,主要介绍作业调度、进程调度、调度准则、调度算法、线程调度、多处理器调度、实时调度、UNIX/Linux进程调度、中断处理、信号机制;存储管理,介绍常见存储管理的方法,分区法、分页技术、分段技术、段页式技术、虚拟存储器、请求分页技术、页面置换算法、内存块的分配和抖动问题;文件系统,包括文件系统的概念、文件系统的功能和结构、目录结构和目录查询、文件和目录操作、文件系统的实现、管道文件、文件系统的可靠性;输入/输出管理,介绍I/O管理、设备分配、I/O软件层次、硬盘调度和管理;用户接口服务,介绍用户接口的发展、系统调用、命令行接口、图形用户界面;嵌入式操作系统,介绍嵌入式操作系统的概念、实时内核及其实现;分布式操作系统,介绍分布式操作系统的概念、分布式系统的实现、4种多机系统的比较、云计算系统;安全性与保护机制,介绍安全性的概念、常见的安全性攻击、一般性安全机制、保护机制。
四、教学课时
总学时:
18
课时内容
学时
第1章操作系统引论
1
第2章进程和线程
2
第3章死锁
1
第4章调度
2
第5章存储管理
2
第6章文件系统
2
第7章输入/输出管理
1
第8章用户接口服务
1
第9章嵌入式操作系统
2
第10章分布式操作系统
2
第11章安全性与保护机制
2
总学时
18
五、教学方式
本课程的教学环节包含:
课堂讲授、课堂讨论、习题课、批改作业、课外辅导等教学手段。
通过本课程各个教学环节的教学,重点培养学生的自学能力、分析问题解决问题的能力。
教学方法:
采用启发式教学,鼓励学生自己针对某种操作系统进行分析和研究,培养学生的自学能力,以“少而精”为原则,精选教学内容,精讲多练,调动学生学习的主观能动性。
教学手段:
开展电子教案、研制多媒体教学系统。
考试形式:
期末考查与平时考核相结合,可查占70%,平时占30%。
平时考核包含考勤、作业。
期末考查以随堂试卷(开卷)形式进行。
第1章操作系统引论
教学要点:
操作系统的概念及其发展历史、分类,操作系统的特征、操作系统结构设计。
本章是对
操作系统的一般性描述。
教学时数:
1学时
教学内容:
1.1计算机硬件结构
1.2什么是操作系统
1.3操作系统的发展历程
1.4操作系统的类型
1.5操作系统的特征
1.6操作系统结构设计
1.7操作系统的初启过程
考核要求:
1.识记:
什么是操作系统,操作系统的分类。
2.领会:
操作系统的功能,操作系统的发展历史及研究观点。
第2章进程和线程
教学要点:
本章主要是对进程的概念,线程的概念,进程的状态和组成,进程描述,进程队列,进
程管理以及线程的实现,进程的同步与互斥概念,临界资源和临界区,互斥实现方式,进程通信的介绍。
教学时数:
2学时
教学内容:
2.1进程概念
2.2进程的状态和组成
2.3进程管理
2.4线程
2.5进程的同步和互斥
2.6经典进程同步问题
2.7管程
2.8进程通信
考核要求:
1.识记:
在操作系统中为什么要引入进程概念,它与程序的差别和关系是怎样的。
2.领会:
什么是进程的互斥和同步,实现线程主要有哪两种方式,各有何优缺点。
第3章死锁
教学要点:
本章主要是对资源以及死锁的介绍,主要介绍死锁的概念:
什么是死锁,死锁的条
件,资源分配图,处理死锁的方法;死锁的预防:
破坏互斥条件,破坏占有且等待条件,破坏非抢占条件,破坏循环等待条件;死锁的避免:
安全状态,资源分配图算法,银行家算法;死锁的检测和恢复:
对单体资源类的死锁检测和恢复,处理死锁的综合方式。
教学时数:
1学时
教学内容:
3.1资源
3.2死锁概念
3.3死锁的预防
3.4死锁的避免
3.5死锁的检测与恢复
3.6处理死锁的综合方式
考核要求:
1.识记:
什么是死锁。
计算机系统中个产生死锁的根本原因是什么。
2.领会:
发生死锁的4个必要条件。
解决死锁的方法一般有哪三种。
第4章调度
教学要点:
本章主要是对调度的介绍,主要介绍调度的类型:
作业调度:
作业状态,作业控制
块和作业调度的功能;进程调度:
进程调度的功能、时机、基本方式,交互式系统中的常用的调度算法,两级调度模型;调度准则:
影响调度算法选择的主要因素,调度性能评价准则;调度算法:
先来先服务法、短作业优先法、最短剩余时间优先法、优先级法、轮转法、多级队列法、多级反馈队列法、高响应比优先法、公平分享法;线程调度;多处理器调度:
多处理器系统的类型,多处理器调度方法;实时调度:
实时任务类型,实时调度算法;UNIX/Linux进程调度:
UNIX进程调度,Linux进程调度;中断处理:
中断概念,中断的处理过程,中断优先级和多重中断;信号机制:
信号机制概念,信号的分类、产生和传送,信号的处理方式,信号的检测和处理。
教学时数:
2学时
4.1调度类型
4.2作业调度
4.3进程调度
4.4调度准则
4.5调度算法
4.6线程调度
4.7多处理器调度
4.8实时调度
4.9UNIX/Linux进程调度
4.10中断处理
4.11信号机制
考核要求:
1.识记:
处理机调度的主要目的是什么,高度调度与地基调度的主要功能是什么。
2.领会:
作业调度和进程调度之间有什么差别,二者间如何协调工作。
第5章存储管理
教学要点:
本章主要是对存储管理的介绍,主要介绍引言:
用户程序的地址空间,重定位,对
换技术;分区法:
固定分区法,动态分区法,可重定位分区分配;分页技术:
分页存储管理的基本概念,分页系统中的地址映射,页面尺寸,硬件支持,保护方式,页表的构造,页面共享;分段技术:
分段存储管理的基本概念,地址转换,段的共享和保护;段页式技术:
段页式存储管理的基本原理,地址转换过程;虚拟存储器:
虚拟存储器的概念,虚拟存储器的特征;请求分页技术:
请求分页存储管理的基本思想,硬件支持及缺页处理,请求分页技术的性能;页面置换算法:
页面置换,先进先出法,最佳置换法,最近最久未使用置换法,最近未使用置换法,第二次机会置换法,始终置换法,页面缓冲算法;内存块的分配和抖动问题:
内存块的分配,抖动问题;请求分段技术;Linux系统的存储管理:
Linux的多级页表结构,内存页的分配与释放,内存交换。
教学时数:
2学时
教学内容:
5.1引言
5.2分区法
5.3分页技术
5.4分段技术
5.5段页式技术
5.6虚拟存储器
5.7请求分页技术
5.8页面置换算法
5.9内存块的分配和抖动问题
5.10请求分段技术
5.11Linux系统的存储管理
考核要求:
1.识记:
用户程序在计算机系统中主要分为哪些处理阶段,解释固定分区法和动态分区法的基本原理。
2.领会:
说明内部碎片和外部碎片之间的不同,什么是虚拟存储器,它有哪些基本特征。
第6章文件系统
教学要点:
本章主要是对文件系统的介绍,主要介绍概述:
文件及其分类,文件命名,文件属
性,文件存取方法,文件结构;文件系统的功能和结构:
文件系统的功能,文件系统的结构;目录结构和目录查询:
文件控制块和文件目录,单级目录结构,二级目录结构,树形目录结构,非循环目录结构,目录查询方法;文件和目录操作:
文件操作,目录操作,UNIX系统中文件操作示例;文件系统的实现:
文件系统的格式,文件存储分配,空闲存储空间的管理;管道文件;文件系统的可靠性:
磁盘坏块管理,后备,文件系统和一致性。
教学时数:
2学时
教学内容:
6.1概述
6.2文件系统的功能和结构
6.3目录结构和目录查询
6.4文件和目录操作
6.5文件系统的实现
6.6管道文件
6.7文件系统的可靠性
考核要求:
1.识记:
解释一下术语:
文件、文件系统、目录项、目录文件、路径、当前目录。
2.领会:
一般来所,文件系统应具备哪些功能,文件系统的层次结构时怎样的,什么是文件的逻辑组织和物理组织,通常,文件的逻辑组织有几种形式,文件的物理组织形式主要有哪几种,各有什么优缺点。
第7章输入/输出管理
教学要点:
本章主要是对输入/输出管理的介绍,主要介绍I/O管理概述:
I/O设备分类和标识,
I/O系统结构,设备控制器,I/O系统的控制方式,I/O管理的功能;设备分配:
与设备分配相关的因素,设备分配技术,设备分配算法,SPOOLing系统;I/O软件层次:
中断处理程序,设备驱动程序,与设备无关的操作系统I/O软件,用户级I/O软件;磁盘调度和管理:
磁盘调度,磁盘管理。
教学时数:
1学时
教学内容:
7.1I/O管理概述
7.2设备分配
7.3I/O软件层次
7.4磁盘调度和管理
考核要求:
1.识记:
什么是存储设备,什么是输入/输出设备,UNIX系统中对设备怎样分类。
2.领会:
操作系统中设备管理的功能是什么,简述处理I/O请求的主要步骤。
第8章用户接口服务
教学要点:
本章主要是对用户接口服务的介绍,主要介绍用户接口的发展;系统调用:
系统调用和
库函数,系统调用使用方式,系统调用的处理方式;命令行接口:
命令的一般使用方式,命令解释程序,shell程序设计;图形用户界面:
图形界面简介,XWindows系统。
教学时数:
1学时
教学内容:
8.1用户接口的发展
8.2系统调用
8.3命令行接口
8.4图形用户界面
考核要求:
1.识记:
什么是系统调用,系统调用与库函数在功能及实现上有什么相同点和不同点。
2.领会:
使用系统调用的一般方式是怎样的,系统调用的主要实现过程是什么。
第9章嵌入式操作系统
教学要点:
本章主要是对嵌入式操作系统的介绍,主要介绍嵌入式系统概述;嵌入式操作系统概述:
嵌入式软件系统的体系结构,嵌入式操作系统;实时内核及其实现:
任务管理与调度,中断和实践管理,任务的同步和通信,内存管理,I/O管理。
教学时数:
2学时
教学内容:
9.1嵌入式系统概述
9.2嵌入式操作系统概述
9.3实时内核及其实现
9.4实例介绍
考核要求:
1.识记:
什么是嵌入式系统,嵌入式系统与通用计算机系统相比有何特点。
2.领会:
嵌入式操作系统一般由哪及部分构成,其最大特点是什么,说明嵌入式系统内核中任务的定义、组成及其调度算法。
第10章分布式操作系统
教学要点:
本章主要是对分布式操作系统的介绍,主要介绍分布式系统概述:
分布式系统特征,分
布式系统的优点;分布式操作系统概述:
分布式操作系统简介,分布式系统的设计目标;分布式系统的实现:
通信问题,进程管理,死锁问题,文件系统,中间件;4种多机系统的比较:
云计算简述,云操作系统简述。
教学时数:
2学时
教学内容:
10.1分布式系统概述
10.2分布式操作系统概述
10.3分布式系统的实现
10.44种多机系统的比较
10.5云计算系统
考核要求:
1.识记:
什么是分布式系统,它有哪些主要特征,什么是分布式操作系统,它的主要功能是。
2.领会:
分布式系统的设计目标是什么,在分布式环境中实现互斥的常用方法主要有哪三种。
第11章安全性与保护机制
教学要点:
本章主要是对安全性与保护机制的介绍,主要介绍安全性概述:
信息安全问题,安全环境;常见的安全攻击:
常见的攻击点,网络威胁,计算机病毒;一般性安全机制:
安全措施,一般性安全措施;保护机制:
保护域,存取控制表,权利,可信系统,安全性能评测标准。
教学时数:
2学时
教学内容:
11.1安全性概述
11.2常见的安全性攻击
11.3一般性安全机制
11.4保护机制
考核要求:
1.识记:
解释下列术语:
安全性,保护,保密,黑客,病毒,保护域,存取矩阵,可信系统。
2.领会:
为了保护系统主要应当采取哪些安全措施,一般性的安全机制包括哪些方面。
六、参考书目
1.孟庆昌.操作系统(第2版).北京:
中央广播电视大学出版社,2015
2.孟庆昌.UNIX教程(修订本).北京:
电子工业出版社,2000
3.张尧学.计算机操作系统教程.北京:
清华大学出版社,2006
4.毛德操.Linux内核源代码情景分析.杭州:
浙江大学出版社,2001
5.汤小丹.计算机操作系统.西安:
西安电子科技大学出版社,2007
6.孟庆余.电子数字计算机实时操作系统.北京:
国防工业出版社,1991
7.徐国平.UNIX网络管理实用教程.北京:
清华大学出版社,2002
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