操作系統(tǒng)大綱(60)

1、操作系統(tǒng)Operating Systems課程編號(hào)： 3140834 課程屬性：專業(yè)主干課 學(xué) 分：4 學(xué)分 學(xué) 時(shí)：60 (其中： 52 講課學(xué)時(shí)： 8上機(jī)學(xué)時(shí) ) 課程性質(zhì)：必修先修課程：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 、計(jì)算機(jī)組成原理 、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程 教 材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) (修訂版 ) , 湯子贏 哲鳳屏 湯小丹 , 西安電子科技大學(xué)出版社 2006 開課院系：計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院 一、課程的性質(zhì)和任務(wù)(標(biāo)題用黑體五號(hào)字，內(nèi)容用宋體五號(hào)字，以下相同)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的基本軟件之一。它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件中占有中心地 位。其作用是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和

2、管理， 提供各種強(qiáng)有力的系統(tǒng)服務(wù)， 為用戶創(chuàng) 造既靈活又方便的使用環(huán)境。 本課程是計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)的一門專業(yè)主干課和必修課。 通過 本課程的學(xué)習(xí) , 使學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、 設(shè)計(jì)原理及實(shí)施技術(shù) , 具有分析操作系統(tǒng)和 設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、開發(fā)實(shí)際操作系統(tǒng)的能力。二、課程的基本內(nèi)容及要求第一章(單元) 操作系統(tǒng)引論( 6 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)容1.1 概述 操作系統(tǒng)的概念、目標(biāo)、作用、層次模型；操作系統(tǒng)的歷史1.2 操作系統(tǒng)的特征、功能；操作系統(tǒng)的特征、服務(wù)、功能1.3 操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展批處理系統(tǒng)；分時(shí)系統(tǒng)；實(shí)時(shí)系統(tǒng)；單用戶操作系統(tǒng) ; 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ; 操作系統(tǒng)的三種基本類型、通用操作系統(tǒng)1.

3、4 操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境2、基本要求(1) 了解操作系統(tǒng)的作用和兩個(gè)主要目標(biāo)(2) 了解批處理的概念，理解單道和多道的區(qū)別，理解分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別(3) 熟悉操作系統(tǒng)的四個(gè)基本特征，理解并發(fā)性的含義，做到能區(qū)分并發(fā)和并行(4) 熟悉操作系統(tǒng)的五個(gè)主要功能(5) 了解操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾種方法，熟悉他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)(6) 了解操作系統(tǒng)提供給的服務(wù)和操作系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境3、重點(diǎn)難點(diǎn)(1) 操作系統(tǒng)的作用范圍(2) 多道程序設(shè)計(jì)的概念(3) 并發(fā)概念的深入理解(4) 操作系統(tǒng)的四個(gè)基本特征的表述和兩個(gè)最主要的特征(5) 分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的比較(6) 操作系統(tǒng)的概念以及操作系統(tǒng)提供給用戶的接口第

4、2 章 處理器管理( 12 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)容2. 1 進(jìn)程管理2. 1.1 進(jìn)程的概念 前趨圖；程序的順序執(zhí)行；程序的并發(fā)執(zhí)行；2. 1.2 進(jìn)程的描述 進(jìn)程的定義；特征；狀態(tài)圖；狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 ;進(jìn)程控制塊2. 2.3 進(jìn)程控制 進(jìn)程控制方式；進(jìn)程控制機(jī)構(gòu)；進(jìn)程的創(chuàng)建與撤消；進(jìn)程的阻塞與喚醒； 進(jìn)程的掛起與激活； 2.1.4 進(jìn)程調(diào)度 調(diào)度的基本概念； 調(diào)度的時(shí)機(jī)、切換與過程； 調(diào)度的基本準(zhǔn)則；調(diào)度的類型；調(diào)度隊(duì)列模型； 調(diào)度算法：先來先服務(wù)調(diào)度算法、短作業(yè)(進(jìn)程)優(yōu)先調(diào)度算法、優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法 進(jìn)程的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法調(diào)度、多級(jí)反饋調(diào)度算法2.2 作業(yè)管理 2.2.1 作業(yè)管理的基本概念 作業(yè)管

5、理的功能 ;2.2.2 批處理作業(yè)作業(yè)控制語言 ;作業(yè)的組織 ;作業(yè)的裝入 ; 批處理作業(yè)的調(diào)度2.2.3 作業(yè)調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn) 先來先服務(wù)；短作業(yè)優(yōu)先；響應(yīng)比高者優(yōu)先；優(yōu)先權(quán)高者優(yōu)先算法2、基本要求 了解幾個(gè)常用的作用調(diào)度算法， 掌握他們的工作和實(shí)現(xiàn)原理。 掌握評(píng)價(jià)作業(yè)調(diào)度算府優(yōu) 劣的常用評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確的記憶這些標(biāo)準(zhǔn)的定義，并對(duì)不同的算法做出評(píng)價(jià)。3、重點(diǎn)難點(diǎn) 2.3 線程概念2、 基本要求(1) 了解引入進(jìn)程的原因，引入線程的原因(2) 理解進(jìn)程的概念和線程的概念和特征，做到能找出進(jìn)程和程序、進(jìn)程和現(xiàn)場的區(qū) 別(3) 理解進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換原理，能列出引出轉(zhuǎn)換的典型事件(4) 了解

6、進(jìn)程控制塊的構(gòu)造，了解進(jìn)程控制的內(nèi)容3、 重點(diǎn)難點(diǎn)(1) 進(jìn)程和程序的比較，進(jìn)程和線程的比較(2) 進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的因果關(guān)系(3) 作業(yè)的狀態(tài)(4) 作業(yè)調(diào)度算法的概念(5) 作業(yè)調(diào)度算法中響應(yīng)比高者優(yōu)先及各種算法的比較第三章 存儲(chǔ)器管理( 10 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)容4.1 存儲(chǔ)管理的功能 程序的裝入和程序的鏈接；存儲(chǔ)空間的分配和去配；內(nèi)存分配回收算法4.2 連續(xù)分配存儲(chǔ)區(qū)管理 重定位概念；單連續(xù)存儲(chǔ)管理；固定分區(qū)存儲(chǔ)區(qū)管理；可變分區(qū)存儲(chǔ)區(qū)管理 可變分區(qū)存儲(chǔ)管理的內(nèi)存分配算法： 首次適應(yīng)算法、 循環(huán)首次適應(yīng)算法、 最佳適應(yīng)算法4.3 連續(xù)分配存儲(chǔ)區(qū)管理 基本的分頁存儲(chǔ)管理方式：邏輯頁面

7、和頁表，地址變換機(jī)構(gòu) 基本的分段存儲(chǔ)管理方式： 段表和分段系統(tǒng)的基本原來、 分頁存儲(chǔ)管理方式和分段存儲(chǔ) 管理方式得區(qū)別段頁式存儲(chǔ)管理方式的基本概念4.4 虛擬存儲(chǔ)器對(duì)換 (swapping) 的基本概念和對(duì)虛擬存儲(chǔ)管理的作用 請(qǐng)求分頁虛擬存儲(chǔ)管理系統(tǒng)；硬件支持 : 頁表機(jī)制、缺頁中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu) 頁面調(diào)度算法 : 最佳置換算法 (OPT)、先進(jìn)先出置換算法 (FIFO) 、最近最久未使用置換算 法 (LRU) ；時(shí)鐘置換算法 (CLOCK) 請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理系統(tǒng)：硬件支持，地址變換機(jī)構(gòu)頁面分配策略；抖動(dòng)現(xiàn)象和工作集； 4.5 請(qǐng)求分段管理方式和請(qǐng)求段頁式管理方式2、基本要求(1) 了解一

8、個(gè)程序從編譯、鏈接到被裝入執(zhí)行的過程，理解邏輯地址和物理地址的含 義(2) 了解靜態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)鏈接、絕對(duì)裝入和可重定位裝入(3) 理解幾種基本的連續(xù)分配方式，能區(qū)分是否有內(nèi)部碎片和外部碎片(4) 掌握分頁存儲(chǔ)管理方式的邏輯地址結(jié)構(gòu)，頁表結(jié)構(gòu)，能根據(jù)頁面大小和邏輯地址 位數(shù)計(jì)算頁表的體積(5) 掌握分頁存儲(chǔ)管理方式的地址變換過程，能畫出分頁系統(tǒng)的地址機(jī)構(gòu)圖(6) 了解快表和多級(jí)頁表的作用和原理(7) 了解分段系統(tǒng)的邏輯地址結(jié)構(gòu)、段表結(jié)構(gòu)，地址變換過程(8) 了解分頁系統(tǒng)和分段系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)(9) 了解段頁式系統(tǒng)的地址變換過程(10) 理解虛擬存儲(chǔ)器的概念， 知道請(qǐng)求分頁、 請(qǐng)求分段

9、和請(qǐng)求段頁式是如何實(shí)現(xiàn)虛 擬存儲(chǔ)器的(11) 掌握請(qǐng)求分頁系統(tǒng)的頁面置換算法，能根據(jù)給出的引用串列頁面替換情況表， 會(huì)計(jì)算缺頁率、命中率，知道幾種常用置換算法的優(yōu)缺點(diǎn)，了解 Belady 異常， 了解抖動(dòng)和對(duì)付抖動(dòng)的方法工作集模型(12) 了解請(qǐng)求分段系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)3、重點(diǎn)難點(diǎn)(1) 內(nèi)部碎片和外部碎片(2) 邏輯地址和物理地址(3) 內(nèi)存分配策略(4) 分頁的地址變換、頁表的使用(5) 分頁和分段的優(yōu)缺點(diǎn)(6) 虛擬存儲(chǔ)器概念(7) 頁面置換算法和缺頁率第四章 文件系統(tǒng)( 6 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)容5.1 文件和文件系統(tǒng) 文件、記錄、數(shù)據(jù)項(xiàng)； 文件類型、文件系統(tǒng)模型、文件操作；5.2 文件邏輯結(jié)構(gòu)

10、順序文件、索引文件、索引順序文件；5.3 外存的分配方式 連續(xù)分配、鏈接分配、索引分配5.4 目錄管理 文件控制塊和索引結(jié)點(diǎn)；目錄結(jié)構(gòu)的類型5.5 文件存儲(chǔ)空間的管理 空閑表法和空閑鏈表法 位示圖法5.6 文件共享與保護(hù)2、基本要求(1) 了解文件系統(tǒng)、文件、記錄、數(shù)據(jù)項(xiàng)的概念(2) 了解文件的幾種分類方式，了解文件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)(3) 掌握文件的打開和關(guān)閉操作的含義，了解文件的基本操作(4) 了解文件的邏輯結(jié)構(gòu)，理解有結(jié)構(gòu)文件(記錄式文件)的類別(5) 掌握三種外存分配方式，理解連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配之間的優(yōu)缺點(diǎn)，會(huì) 用這三種分配方式尋找、刪除、插入、移動(dòng)數(shù)據(jù)塊(6) 掌握混合索引結(jié)構(gòu)

11、的分配方式，以 UNIX 的索引節(jié)點(diǎn)為例，會(huì)計(jì)算混合索引結(jié)構(gòu) 所能訪問到的外存空間的容量(7) 了解幾種目錄結(jié)構(gòu)，掌握多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)(樹形目錄結(jié)構(gòu))的訪問方式(8) 理解文件存儲(chǔ)管理中的空閑表、空閑鏈表法、位示圖法和成組連接法(9) 了解文件保護(hù)的方法，了解文件共享的動(dòng)機(jī)、方式和語義，理解文件共享的幾種 方法(10) 了解文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3、重點(diǎn)難點(diǎn)(1) 文件的打開操作和關(guān)閉操作(2) 記錄式文件和流式文件的區(qū)別(3) 連續(xù)分配、鏈接分配及索引分配訪問磁盤的次數(shù)(4) 混合索引方式訪問的磁盤容量和讀取所需的磁盤 I/O 次數(shù)(5) 樹形目錄結(jié)構(gòu)的文件共享第五章 設(shè)備管理( 10 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)

12、容6.1 控制系統(tǒng) 主要設(shè)備的物理、邏輯特性；控制方式；6.2 緩沖管理 基本概念；緩沖方式6.3 磁盤調(diào)度算法 磁盤的結(jié)構(gòu) 磁盤的調(diào)度算法：先來先服務(wù) ;最短查找時(shí)間優(yōu)先 ;掃描算法 ;分步掃描 ;單向掃描6.4 設(shè)備分配和管理SPOOLING 技術(shù)6.5 設(shè)備處理2、基本要求(1) 了解 I/O 設(shè)備的幾種類型(2) 掌握四種 I/O 控制方式，重點(diǎn)掌握 DMA方式和通道方式，做到能列舉中斷方式、 DMA方式和通道方式之間的區(qū)別和聯(lián)系(3) 了解引入緩沖的目的，了解緩沖區(qū)的類別和結(jié)構(gòu)，理解緩沖區(qū)和快速緩存的區(qū)別(4) 了解設(shè)備分配和回收(5) 掌握 SPOOLing 技術(shù)的概念，理解引入S

13、POOLing 技術(shù)的目的，做到能敘述出SPOOLing技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的(6) 了解磁盤的結(jié)構(gòu)，區(qū)分盤面、磁道、柱面、扇區(qū)等概念(7) 理解磁盤訪問時(shí)間的構(gòu)成，做到會(huì)計(jì)算尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間(8) 掌握幾種典型的磁盤調(diào)度算法， 重點(diǎn)掌握 SSTF和 SCAN算法，理解他們的優(yōu)缺點(diǎn)， 做到能為給定的一組磁盤訪問請(qǐng)求按照這些算法調(diào)度(9) 了解幾種提高磁盤 I/O 速度的方法，理解延遲寫的過程(10) 了解 I/O 應(yīng)用接口，出錯(cuò)處理。3、重點(diǎn)難點(diǎn)(1) DMA控制方式的流程， DMA方式和通道方式以及中斷方式的區(qū)別(2) 引入緩沖的目的(3) 快速緩存和緩沖區(qū)的區(qū)別(4) SPOOLing技術(shù)

14、的概念、目的以及實(shí)現(xiàn)過程(5) 磁盤訪問時(shí)間的計(jì)算(6) 常用磁盤調(diào)度算法的使用第七章 進(jìn)程的并發(fā)( 16 學(xué)時(shí))1、教學(xué)內(nèi)容 7.1 進(jìn)程同步與互斥概念； 臨界資源與臨界區(qū)；實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥的基本方法：軟件實(shí)現(xiàn)方法、硬件實(shí)現(xiàn)方法；信號(hào)量與 p.v 原語；管程；經(jīng)典同步問題：生產(chǎn)者消費(fèi)者問題；讀者 - 寫者問 題；哲學(xué)家進(jìn)餐問題2.6 進(jìn)程通信 通信類型：共享存儲(chǔ)系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)、管道通信；通信方式；消息緩沖隊(duì)列通 信機(jī)制；7.3 死鎖 死鎖的基本概念；死鎖的成因及必要條件；死鎖處理策略；死鎖預(yù)防與避免； 死鎖的解除與預(yù)防；銀行家算法防止死鎖；死鎖的檢測(cè)、死鎖定理、資源分配圖2、基本要求(1)

15、 了解進(jìn)程為什么要同步和互斥，同步互斥的區(qū)別(2) 理解臨界區(qū)和臨界資源的概念，能判讀簡單的兩進(jìn)程臨界區(qū)算法的正確性(3) 掌握整型信號(hào)量和記錄型信號(hào)量的偽代碼定義(4) 掌握信號(hào)量的用法，能用信號(hào)量處理各種實(shí)際的互斥和同步的問題(5) 了解管程的優(yōu)勢(shì)和定義(6) 了解進(jìn)程通信的幾種方式(7) 了解多線程模型和實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥的基本方法(8) 理解死鎖發(fā)生的四個(gè)必要條件，做到能舉例子如何限制這些條件不成立，能判斷 當(dāng)前系統(tǒng)有沒有發(fā)生死鎖(9) 理解處理死鎖的幾個(gè)方法，尤其是死鎖預(yù)防和死鎖避免的區(qū)別(10) 掌握死鎖避免的重要算法 - 銀行家算法，做到能用銀行家算法調(diào)度一個(gè)系統(tǒng)的 資源分配(11)

16、 了解死鎖檢測(cè)和解除的概念和方法3、重點(diǎn)難點(diǎn)(1) 三級(jí)調(diào)度之間的比較和含義(2) 常見的調(diào)度算法的比較(3) 用常見的調(diào)度算法調(diào)度當(dāng)前系統(tǒng)，并計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間、平均加權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間、平 均等待時(shí)間(4) 用死鎖發(fā)生的必要條件來分析系統(tǒng)是否會(huì)死鎖，提出解決方案(5) 用銀行家算法判別系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，是否應(yīng)該同意一個(gè)進(jìn)程的資源申請(qǐng)(6) 判斷臨界區(qū)算法的正確與否(7) 整型信號(hào)量和記錄型信號(hào)量的定義(8) 信號(hào)量的應(yīng)用三、大綱說明(教學(xué)手段：教學(xué)手段，作業(yè)形式、次數(shù)，考查方法手段等 )多媒體課件和黑板板書相結(jié)合，參考部分考研的題型作業(yè)形式：書后的作業(yè)習(xí)題部分選做， 挑選一些分析性較強(qiáng)的考研題目

17、， 每章一次作業(yè)考查方法：書面考試 (70%)+平時(shí)( 10%) +作業(yè)( 10%) +實(shí)驗(yàn)( 10%)。四、參考書目1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 湯子贏等 西安電子科技大學(xué)出版社制定人： 湯承林 審定人： 批準(zhǔn)人：操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)Operating System課程編號(hào)： 3140834學(xué)分：4 學(xué)分學(xué)時(shí)：60 （其中： 52 講課學(xué)時(shí)： 8 上機(jī)學(xué)時(shí) ）開設(shè)項(xiàng)目數(shù)： 4 次實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)：必修對(duì)應(yīng)理論課程及性質(zhì)：操作系統(tǒng)，專業(yè)主干課 適用專業(yè)：軟件工程 教 材：操作系統(tǒng) （第四版 ） , 湯承林 , 大連理工科技大學(xué)出版社 2011.12 開課院系：計(jì)算機(jī)與與通信工程學(xué)院 一、課程的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù) 操作系

18、統(tǒng)是計(jì)算機(jī)教學(xué)中最重要的環(huán)節(jié)之一， 也是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)課 程。操作系統(tǒng)質(zhì)量的壞， 直接影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的使用。 一個(gè)精心 設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)能極大地?cái)U(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能， 充分發(fā)揮系統(tǒng)中各種設(shè)備的使用效率， 提 高系統(tǒng)工作的可靠性。 由于操作系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種軟硬件資源的管理， 內(nèi)容比較繁 瑣，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。 要學(xué)好這門課程，必須把理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，才能取得較好的學(xué) 習(xí)效果。 培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生的系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)能力， 是操作系統(tǒng)課程的一個(gè)非常重要的環(huán) 節(jié)。通過操作系統(tǒng)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的方法和技巧，提高學(xué)生編制清晰、合 理、可讀性好的系統(tǒng)程序的能力， 加深對(duì)操作系統(tǒng)課程的理解。 使學(xué)生更好地掌握操作系統(tǒng) 的基本概念、基本原理、及基本功能 , 具有分析實(shí)際操作系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、構(gòu)造和開發(fā)現(xiàn)代操作 系統(tǒng)的基本能力。二、實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容及要求實(shí)驗(yàn) 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱內(nèi)容提要必修選修驗(yàn)證 性設(shè)計(jì) 性綜合 性創(chuàng)新 性1進(jìn)程調(diào)度模擬2使用