《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱

1、 操作系統(tǒng)課程教學(xué)大綱課程名稱操作系統(tǒng)/ Operation System課程編碼10000500710課程類型專業(yè)必修課課程性質(zhì)專業(yè)主干課適用范圍信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)、信息安全專業(yè)學(xué)分?jǐn)?shù)3先修課程程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)原理學(xué)時(shí)數(shù)54實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)無課外學(xué)時(shí)無考核方式考試一、教學(xué)大綱說明 (一)課程的地位、作用與任務(wù)操作系統(tǒng)是信息類計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生必修的公共基礎(chǔ)課之一，是一門涉及較多硬件知識(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件課程。在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上，它起著承上啟下的作用。其特點(diǎn)是概念多、較抽象和涉及面廣，其整體實(shí)現(xiàn)思想和技術(shù)又往往難于理解。 操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源實(shí)施管理，是所有其他軟件與計(jì)算機(jī)硬件的

2、唯一接口，所有用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)都要得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。因此本課程的目的與任務(wù)是使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，理解操作系統(tǒng)的基本概念和主要功能，掌握常用操作系統(tǒng)（如UNIX、xinux）的使用和一般管理方法，了解它是如何組織和運(yùn)作的，從而為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。先修課要求，本課程在學(xué)習(xí)之前最好具有計(jì)算機(jī)組成原理、程序設(shè)計(jì)語言的知識(shí)。 (二)課程的教學(xué)目的和要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較好地掌握操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要作用和基本工作原理。了解操作系統(tǒng)發(fā)展過程、新技術(shù)的應(yīng)用。理解操作系統(tǒng)的基本概念和主要功能，掌握常用操作系統(tǒng)及它們的使用和一般管理方法，為今后的進(jìn)修、應(yīng)用實(shí)務(wù)作好技術(shù)準(zhǔn)備。

3、掌握：基本概念包括：多道程序設(shè)計(jì)、并發(fā)、分時(shí)、作業(yè)、進(jìn)程、互斥與同步、周轉(zhuǎn)時(shí)間、吞吐量、重定位、連接、虛擬存儲(chǔ)、虛擬設(shè)備、死鎖、線程。基本知識(shí)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源（處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件）的管理策略。 基本技能：管理系統(tǒng)資源的常用命令、系統(tǒng)配置與維護(hù)的方法和技術(shù)。 理解重點(diǎn)：進(jìn)程概念、存儲(chǔ)管理（尤其虛擬存儲(chǔ)）的各種策略、文件系統(tǒng)的管理、設(shè)備的管理和配置。結(jié)合具體現(xiàn)代操作系統(tǒng)加深理解。 了解難點(diǎn)：進(jìn)程的概念及其與程序的區(qū)別、進(jìn)程間同步與互斥的正確實(shí)現(xiàn)、虛擬設(shè)備與虛擬存儲(chǔ)。Unix,Windows NT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)。 (三)課程的教學(xué)方法與手段、本課程概念多、較抽象、涉及面廣，因此教學(xué)形式

4、以講授方式為主。約佔(zhàn)80%。實(shí)驗(yàn)與自學(xué)約佔(zhàn)20%。教師應(yīng)該提供自學(xué)提綱并適當(dāng)輔導(dǎo)。提倡學(xué)員關(guān)注部份資料性的教材。、為加強(qiáng)和落實(shí)動(dòng)手能力的培養(yǎng)，應(yīng)充分重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，保證上機(jī)機(jī)時(shí)不少于 6學(xué)時(shí)。建議在UNIX或兼容的系統(tǒng)中完成實(shí)驗(yàn)。、對(duì)關(guān)鍵性概念、整體實(shí)現(xiàn)思想方面的問題可輔以課堂討論的形式。、如條件許可，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行授課、答疑和討論。 5、 文字教材與課件教材的配合。課程以文字教材為主(包括主教材和實(shí)驗(yàn)教材兩部分),文字教材擔(dān)負(fù)起形成整個(gè)課程體系系統(tǒng)性和完整性的任務(wù)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要媒體形式。因此教材要概念清晰、條理分明、深入淺出、便于自學(xué)，并要注意加強(qiáng)導(dǎo)學(xué)。在內(nèi)容上要緊密圍繞培養(yǎng)目標(biāo)

5、，突出重點(diǎn)、兼顧一般，反映當(dāng)代最新技術(shù)及應(yīng)用。6、教材及課件作為文字教材的強(qiáng)化媒體，配合文字教材講授課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及問題的分析方法與思路。兩者互相補(bǔ)充，彼此配合。 (四)課程與其它課程的聯(lián)系 操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)硬件和軟件的接口，涉及計(jì)算機(jī)組成的各部件，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等方面知識(shí)，因而先修課程有：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成原理、程序語言設(shè)計(jì)等。后繼課程有：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件工程等。 (五)教材與教學(xué)參考書 教材：湯子瀛、哲鳳屏、湯小丹，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，西安電子科技大學(xué)出版社，2000年 教學(xué)參考書：1、張堯?qū)W、史美林，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程，清華大學(xué)出版社，北京，1999年2月2、 羅宇等

6、.操作系統(tǒng)，電子工業(yè)出版社，北京，2005年7月3、 劉乃琦，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，北京，電子工業(yè)出版社，2001年 二、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章 引論教學(xué)內(nèi)容：介紹操作系統(tǒng)的組成、形成和發(fā)展，多道程序設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)的功能和特性，類型和主要產(chǎn)品。重點(diǎn)：操作系統(tǒng)的定義，操作系統(tǒng)的特性和主要功能。難點(diǎn)：操作系統(tǒng)的主要類型，多道程序設(shè)計(jì)概念，分時(shí)概念。了解：操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，分時(shí)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，操作系統(tǒng)的用戶界面，操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位，主要操作系統(tǒng)產(chǎn)品系列。教學(xué)建議 各實(shí)施單位可根據(jù)具體情況，對(duì)所用操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境作適當(dāng)介紹。第二章 操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境主要有系統(tǒng)

7、的硬件，處理器、主存、輸入輸出設(shè)備及有關(guān)的系統(tǒng)軟件等，還有使用它的人。操作系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求。CPU、主存?zhèn)鳌⒕彌_技術(shù)、中斷技術(shù)、時(shí)鐘、與其它軟件系統(tǒng)的關(guān)系、與人的接口、固件重點(diǎn)：操作系統(tǒng)對(duì)軟、硬環(huán)境的要求。難點(diǎn)：緩沖技術(shù)、中斷技術(shù)、重定位技術(shù)、固件_微程序設(shè)計(jì)概念第三章 進(jìn)程管理 進(jìn)程的定義、狀態(tài)、組成和管理；進(jìn)程的相互作用和通信。操作系統(tǒng)與進(jìn)程控制的執(zhí)行。 重點(diǎn)：進(jìn)程定義，臨界區(qū)概念，進(jìn)程的狀態(tài)及其變化，進(jìn)程的同步與互斥。 難點(diǎn)：進(jìn)程的控制，進(jìn)程管理，UNIX SVR4的進(jìn)程管理。 教學(xué)建議：進(jìn)程以及進(jìn)程的控制原語，可組織適當(dāng)討論，多加練習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，分析問題。第四章 多線程線程(

8、THREAD)是近年在操作系統(tǒng)領(lǐng)域出現(xiàn)的非常重要的機(jī)制和技術(shù)，重要性與進(jìn)程相當(dāng)。能提高程序執(zhí)行的有效性、方便用戶結(jié)構(gòu)。它適用于多處理機(jī)系統(tǒng)SMP及PC機(jī)，現(xiàn)代OS均支持線程機(jī)制。主要內(nèi)容：線程概念、狀態(tài)和管理，多線程的實(shí)現(xiàn)、UNIXR 的線程機(jī)制。重點(diǎn)：線程概念的引入、線程的性質(zhì)、狀態(tài)與管理。操作系統(tǒng)如何管理線程，線程與進(jìn)程的關(guān)系。難點(diǎn)：多線程機(jī)制。 第五章 并行性：互斥和同步并行技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)、多進(jìn)程、多線程進(jìn)行管理是操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，資源共享引起的問題，競爭和互斥要求，同步與進(jìn)程間的通訊等解決辦法。重點(diǎn)：臨界段、互斥、信號(hào)量、用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥、生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題、進(jìn)程的通訊、U

9、NIX的進(jìn)程同步和通訊。難點(diǎn)：用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥、進(jìn)程同步和通訊。第六章 處理機(jī)管理和多處理器系統(tǒng) 多處理器系統(tǒng)、調(diào)度的層次和作業(yè)調(diào)度；SMP管理及調(diào)度；作業(yè)調(diào)度和常用調(diào)度算法；UNIX類系統(tǒng)的處理器調(diào)度。 重點(diǎn)：作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度的功能，常用調(diào)度算法。難點(diǎn)：SMP管理及調(diào)度；調(diào)度級(jí)別，性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，UNIX常用調(diào)度命令。第七章 死 鎖 教學(xué)內(nèi)容：死鎖的概念、預(yù)防和避免；死鎖的檢測及恢復(fù)及有關(guān)算法。重點(diǎn)：掌握:死鎖的概念,死鎖的預(yù)防和避免。難點(diǎn)：理解:死鎖的必要條件；銀行家算法,死鎖的檢測及恢復(fù)。第八章 實(shí)存儲(chǔ)器管理技術(shù) 教學(xué)內(nèi)容：主存儲(chǔ)器管理主要技術(shù)和工作原理及它們優(yōu)劣比較。這是不同操

10、作系統(tǒng)的主要區(qū)別之一。 重點(diǎn)：用戶程序的主要處理階段及相應(yīng)概念，分區(qū)、分頁和分段的概念，分頁存儲(chǔ)管理技術(shù)；段頁式存儲(chǔ)管理技術(shù)和算法。難點(diǎn)：動(dòng)態(tài)重定位技術(shù)及其工作原理，分段存儲(chǔ)管理技術(shù)。建議：處理機(jī)管理和存儲(chǔ)器管理的實(shí)驗(yàn)可一起進(jìn)行，以體現(xiàn)二者的聯(lián)系。第九章 虛擬存儲(chǔ)管理 虛擬存儲(chǔ)器的概念、邏輯地址，物理地址，虛擬地址空間，快表地址轉(zhuǎn)換，段頁式存儲(chǔ)管理和算法，主存共享、快表一致性。難點(diǎn)：虛擬存儲(chǔ)管理在操作系統(tǒng)中的作用、段頁式存儲(chǔ)管理的原理、算法和實(shí)現(xiàn)。算法分析與策略。重點(diǎn)：段頁式存儲(chǔ)管理的原理、算法和實(shí)現(xiàn)，WINDOWS NT的虛擬存儲(chǔ)管理。第十章 設(shè)備管理 設(shè)備管理概述；I/O子系統(tǒng)的功能的三種

11、技術(shù)模式(編程I/O、中斷驅(qū)動(dòng)I/O、DMA)、輸入輸出管理；緩沖技術(shù)；驅(qū)動(dòng)程序；磁盤調(diào)度。 重點(diǎn)：設(shè)備分配技術(shù)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序功能，DMA、通道、SPOOL系統(tǒng)。難點(diǎn)：緩沖技術(shù)、流、處理I/O請求的步驟。第十一章 文件系統(tǒng) 文件存儲(chǔ)空間的管理，文件的共享和文件系統(tǒng)的安全性及基本操作。 重點(diǎn)：文件的邏輯組織和物理組織的概念及不同的組織形式，文件的目錄結(jié)構(gòu)，文件和目錄的主要操作。難點(diǎn)：文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，文件的存取控制，UNIX文件系統(tǒng)的主要操作、虛擬文件系統(tǒng)、安全性和保護(hù)。第十二章 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和范例 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)和主要功能；分布式操作系統(tǒng)的資源管理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、進(jìn)程通訊、

12、客戶/服務(wù)器模式、分布式文件系統(tǒng)、互斥與死鎖及相關(guān)算法。 重點(diǎn)：分布式系統(tǒng)的資源管理、資源分配的算法、進(jìn)程通訊。難點(diǎn)：分布式環(huán)境的進(jìn)程通訊、TCP/IP協(xié)議。第十三章 微內(nèi)核、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是當(dāng)前操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的潮流，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征之一。重點(diǎn)：微內(nèi)核(MICROKERNET)技術(shù)及其重要性；微內(nèi)核對(duì)系統(tǒng)的安全性、可靠性及其它優(yōu)點(diǎn)；微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、客戶/服務(wù)器模式是第三代的操作系統(tǒng)；Windows NT操作系統(tǒng)的內(nèi)核及其特點(diǎn)。第十四章 Windows NT 操作系統(tǒng) Windows NT的系統(tǒng)模型是Client/server模型,Object模型,SMP模型的組合。NT的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；NT的基本成份對(duì)象、進(jìn)程、線程。微內(nèi)核和對(duì)稱多處理機(jī)系統(tǒng)SMP、NT的虛擬存儲(chǔ)器及其管理、輸入輸出系統(tǒng)、內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò)、對(duì)象管理、進(jìn)程管理、安全性。 重點(diǎn)：NT結(jié)構(gòu)上的用戶態(tài)層、核心態(tài)層，多重的文件系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)多線程環(huán)境、支持對(duì)稱的多處理、高安全性級(jí)別。 難點(diǎn)：從操作系統(tǒng)主要理論的角度來理解NT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，分析NT的設(shè)計(jì)目標(biāo)和系統(tǒng)模型。三、主要教學(xué)媒體的使用與學(xué)時(shí)分配 教學(xué)內(nèi)容 各教學(xué)環(huán)節(jié)