《操作系统原理》教学大纲

（2013版）

 

 

 

 

 

课程编码：0611101205

课程名称：操作系统原理

学时/学分：82/5

先修课程：《计算机导论》、《程序设计基础》、《算法与数据结构》

适用专业：计算机科学与技术

开课教研室：嵌入式系统教研室

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

执笔：

审定：

 

 

 

 

一、课程性质与任务

1．课程性质：操作系统原理是计算机科学与技术专业的专业必修课程。

2．课程任务：理解、掌握操作系统基本概念、基本原理和方法；理解常见操作系统的结构原理并能熟练使用；进一步熟悉、学习 Linux操作系统，提高自己的应用技能；学习 Linux C编程，为下一步深入学习Linux 内核做准备；阅读分析 Linux 0.11 内核 源代码，提升自己对操作系统原理的理解水平，对操作系统有一个总体的把握和认知。

二、课程教学基本要求

教学环境要求：多媒体教室。

实验环境要求：安装有Linux系统的计算机。

本课程共计82学时。

成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（平时测验、作业、实验、课堂提问、课堂讨论等）（30％)。成绩评定采用百分制，60分为及格。

三、课程教学内容

第一章    操作系统概述

1.教学基本要求

了解计算机操作系统的基本概念，激发学生对本课程的学习兴趣。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解操作系统的定义及操作系统在计算机系统中的作用以及地位；了解操作系统形成和发展的过程；掌握基本的操作系统类型的特点；掌握从资源管理角度来讲操作系统的四大功能。

3.教学重点和难点

教学重点是操作系统的定义，3个基本操作系统的特点和操作系统的四大功能。教学难点是实时操作系统的特点和分类。

4.教学内容

（1）操作系统概念

主要知识点：计算机系统结构；操作系统定义；操作系统的目标。

（2）操作系统的形成及发展

主要知识点：操作系统的形成 ；操作系统的发展；操作系统的分类；基本操作系统的类型的特点；操作系统的发展动力。

（3）研究操作系统的观点

主要知识点：软件的观点；资源管理的观点；进程的观点；用户与计算机硬件系统之间接口的观点。

（4）操作系统的功能与特征

主要知识点：操作系统的功能；操作系统的特征。

（5）操作系统的结构

主要知识点：模块化结构；层次化结构；微内核；客户/服务器模式。

（6）操作系统的硬件环境

主要知识点：中央处理机；存储系统；缓冲技术；中断技术；时钟。

第二章    操作系统的用户接口和作业管理

1.教学基本要求

了解计算机操作系统提供给用户的接口，理解常用的作业调度策略。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

了解操作系统提供给用户的命令接口、程序接口以及图形接口；理解系统调用的概念以及处理过程；理解作业的基本概念；掌握常用的作业调度策略。

3.教学重点和难点

教学重点是操作系统提供给用户的命令接口和程序接口，系统调用的概念及处理过程，作业调度策略。教学难点是系统调用的概念及处理过程，响应比高者优先作业调度算法的理解和运用。

4.教学内容

（1）用户接口

主要知识点：用户接口的概念；用户接口的分类。

（2）系统调用

主要知识点：系统调用的概念；系统调用的处理过程。

（3）作业管理

主要知识点：作业的基本概念；作业控制块；作业的状态；作业的调度策略。

第三章    进程与进程管理

1.教学基本要求

了解进程的基本概念，进程调度的概念、算法，线程的基本概念；Linux的进程管理。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解前驱图概念并能根据语句或者程序间关系画出相应的前驱图；理解程序顺序执行、并发执行的特点以及多道程序设计技术；了解进程的相关概念、进程的基本状态及转换；掌握常用的进程调度算法；理解线程概念；了解Linux的进程管理。

3.教学重点和难点

教学重点是进程定义，进程3个基本状态及转换，进程调度算法，线程基本概念，Linux的进程管理。教学难点是掌握常用的进程调度算法。

4.教学内容

（1）进程的引入

主要知识点：前驱图；程序顺序执行；程序并发执行；多道程序设计。

（2）进程

主要知识点：进程的概念；进程的基本状态极其转换；进程控制块；进程控制。

（3）进程调度

主要知识点：调度的基本概念；进程调度算法；进程调度的时机和过程。

（4）线程的基本概念

主要知识点：线程的引入；线程的定义和属性；线程与进程的比较。

（5）Linux进程管理

主要知识点：进程结构与进程控制；核心进程调度。

第四章    进程同步与通信

1.教学基本要求

了解并发进程间存在的各种制约关系；能用信号量机制以及管程机制解决进程间的同步和互斥问题；了解进程通信的概念；掌握死锁处理的方法。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解并发进程间的关系；理解并掌握经典的进程同步问题；掌握用信号量机制和管程机制解决进程间的同步问题；了解进程通信的概念和进程通信的分类；理解死锁的定义及产生死锁的4个必要条件；掌握死锁的预防、避免、检测以及解除方法。

3.教学重点和难点

教学重点是用信号量机制解决进程间的同步问题，死锁的定义，死锁产生的4个必要条件以及死锁的预防、避免、检测以及解除方法。教学难点是用信号量机制解决进程间的同步问题，用银行家算法避免死锁。

4.教学内容

（1）进程间的相互作用

主要知识点：并发进程的关系；利用软件方法解决进程互斥问题；利用硬件方法解决进程互斥问题；信号量机制；经典进程同步问题；管程机制。

（2）进程通信

主要知识点：进程通信的概念；进程通信的类型；直接通信和间接通信；消息缓冲队列通信机制。

（3）死锁

主要知识点：死锁定义；产生死锁的原因和必要条件；预防死锁；避免死锁；检测死锁；解除死锁。

第五章    存储器管理

1.教学基本要求

了解计算机系统的存储器层次结构；了解存储管理的功能；掌握连续存储管理方式、分页存储管理方式以及分段存储管理方式；了解虚拟存储器的工作原理、内存分配策略及内存分配算法；了解Linux的内存管理。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解存储器层次结构；了解存储管理的功能；掌握连续存储管理方式、分页存储管理方式、分段存管理方式以及段页式存储管理方式；理解覆盖和交换技术；理解虚拟存储器的工作原理；掌握虚拟存储器的内存管理方法、内存分配策略以及内存分配算法；掌握Linux的内存管理。

3.教学重点和难点

教学重点是存储管理的功能，连续及非连续的内存管理方法，虚拟存储器工作原理，Linux的内存管理。教学难点是分页存储管理方式的地址转换，分页虚拟存储管理页面置换算法。

4.教学内容

（1）概述

主要知识点：存储体系；存储管理的目的；存储管理的任务；程序的链接和装入；存储管理方式的分类。

（2）连续存储管理方式

主要知识点：单一连续分配；分区分配。

（3）覆盖技术与交换技术

主要知识点：覆盖技术；交换技术。

（4）分页存储管理方式

主要知识点：工作原理；动态地址转换；快表；两级和多级页表；分配与回收。

（5）分段存储管理方式

主要知识点：工作原理；动态地址变换；存储保护；分页和分段的主要区别。

（6）段页式存储管理方式

主要知识点：工作原理；地址变换。

（7）虚拟存储器

主要知识点：概述；分页虚拟存储管理；分段虚拟存储管理。

（8）Linux的内存管理

主要知识点：Linux内存管理的数据结构；页面的分配与回收；页面置换算法。

第六章    文件管理

1.教学基本要求

了解文件和文件系统；了解文件的结构及存取方法；了解文件系统的作用；掌握目录管理、文件系统的实现；掌握磁盘调度算法。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解文件和文件系统的概念；掌握文件的逻辑结构、物理结构和存取方法；理解目录的概念和多级目录结构；掌握外存空间的管理方法；了解文件的主要操作方法和文件的共享方式；了解文件系统安全的相关措施；掌握磁盘的移臂调度算法；了解Linux的文件管理。                           

3.教学重点和难点

教学重点是文件和文件系统的定义，文件的物理结构，文件共享，文件系统安全，磁盘的移臂调度算法，Linux文件管理。教学难点是成组链接法实现外存管理，磁盘的移臂调度算法。

4.教学内容

（1）概述

主要知识点：文件和文件系统；文件分类。

（2）文件的结构和存取方式

主要知识点：文件的存取方式；文件的逻辑结构；存储介质；文件的物理结构。

（3）文件目录

主要知识点：文件控制块；文件目录结构；目录的查找和目录的改进。

（4）文件系统的实现

主要知识点：打开文件表；外存空间管理。

（5）文件的使用

主要知识点：文件的操作；文件共享。

（6）文件系统的安全性和数据一致性

主要知识点：防止人为因素造成的文件不安全性；防止系统因素或自然因素造成的文件不安全性；文件系统的数据一致性。

（7）磁盘调度

主要知识点：磁盘I/O时间，磁盘的移臂调度；磁盘的优化分布。

（8）Linux文件系统基础

主要知识点：Linux文件系统结构；Linux文件类型；Linux文件系统的目录及操作；Linux文件的操作；Linux文件的共享。

第七章    设备管理

1.教学基本要求

了解设备管理的主要功能；深入认识I/O控制方式；了解设备分配过程和相关算法；掌握各种缓冲技术的特点；掌握虚拟设备的工作原理和工作过程。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能

理解设备管理的基本概念；了解I/O硬件和I/O软件的的主要功能和特点；了解设备的分配过程；掌握设备分配的算法；理解实现虚拟设备的Spooling技术、Spooling的组成以及Spooling系统的优缺点。

3.教学重点和难点

教学重点是设备的分类，I/O控制方式，缓冲技术，各层I/O软件的主要功能和特点，设备分配，虚拟设备原理以及实现。教学难点是I/O控制方式、虚拟设备的实现。

4.教学内容

（1）概述

主要知识点：设备的分类；设备管理的目标和功能。

（2）I/O硬件特点

主要知识点：设备组成；设备接口；设备控制器；通道；I/O控制方式；缓冲技术。

（3）I/O软件的组成

主要知识点：I/O软件的目标；中断处理程序；设备驱动程序；独立于设备的软件；用户空间的I/O软件。

（4）设备分配

主要知识点：设备分配中的数据结构；设备独立性；设备分配。

（5）虚拟设备

主要知识点：Spooling技术；共享打印机；Spooling系统的优缺点。

四、学时分配

1.       讲授内容及学时分配

2.       实践内容及学时分配

五、主用教材及参考书

（一）主用教材：

《操作系统》主编：谌卫军 出版社：清华大学出版社 出版时间：2012年5月。

（二）参考书：

1.《LINUX操作系统原理与应用 (第2版)》 主编：陈莉君  出版社：清华大学出版社 出版时间：2011年。

2.《计算机操作系统教程（第2版）》主编：张尧学  出版社：清华大学出版社 出版时间：2006年。

3.《计算机操作系统（第三版）》主编：汤小丹  出版社：西安电子科技大学出版社 出版时间：2007年。