《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱(V3)

1、操作系統(tǒng)課程教學(xué)大綱一、課程說明課程名稱：操作系統(tǒng) 課程編號(hào)：1311313004 課程性質(zhì)：專業(yè)課 適用專業(yè)：網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法學(xué) 時(shí) 數(shù)：34 學(xué) 分 數(shù)：2二、課程簡(jiǎn)介操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的專業(yè)課，以計(jì)算機(jī)組成原理為先行課程。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠從資源管理的角度了解操作系統(tǒng)的工作方式。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的核心軟件，但由于課程本身理論性較強(qiáng)，較抽象，使得該門課程的教與學(xué)一直是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專業(yè)的一個(gè)難點(diǎn)。三、教學(xué)目的和要求本課程的目的和任務(wù)是使學(xué)生全面地了解和掌握操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型，從資源管理的角度領(lǐng)會(huì)操作系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)過程。本課程概述操作系統(tǒng)的形成、類型和功能；闡述進(jìn)程

2、管理，包括進(jìn)程和線程的基本概念、進(jìn)程的同步和通信、調(diào)度和死鎖；詳細(xì)介紹存儲(chǔ)器管理和虛擬存儲(chǔ)器的概念以及對(duì)虛擬存儲(chǔ)器性能的分析；討論設(shè)備管理、文件系統(tǒng)以及磁盤存儲(chǔ)器的管理以及操作系統(tǒng)的保護(hù)與安全；最后，對(duì)操作系統(tǒng)的最新發(fā)展包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)做扼要介紹。通過本課程的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)處理問題的思維模式，初步掌握設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本思想、基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和基本方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生設(shè)計(jì)程序和調(diào)試程序的能力，啟發(fā)學(xué)生將該課程的知識(shí)引入到其它基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)。四、課程學(xué)時(shí)分配及教學(xué)形式課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)能力點(diǎn)講授實(shí)踐教學(xué)合計(jì)第一章 操作系統(tǒng)引論2213第二章 進(jìn)程管理53628第三

3、章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖42426第四章 存儲(chǔ)器管理43628第五章 設(shè)備管理31213第六章 文件管理22426241034（實(shí)踐教學(xué)：包括實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、上機(jī)、模擬訓(xùn)練、參觀、調(diào)查、討論等）五、課程作業(yè)課程作業(yè)是在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)模擬操作系統(tǒng)的部分功能，為使課程作業(yè)能夠有效實(shí)施，并取得一定效果，把設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在操作系統(tǒng)核心內(nèi)容的模擬上?；疽笕缦隆?.詳細(xì)描述整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架和設(shè)計(jì)思想，并給出系統(tǒng)的主要模塊以及模塊間關(guān)系。2.詳細(xì)描述整個(gè)系統(tǒng)所使用的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)名稱、作用和各個(gè)字段的含義。3.給出所有模塊的詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明，并畫出流程圖。4.源代碼格式規(guī)范，并給出注釋，以標(biāo)明函數(shù)和

4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能。5.系統(tǒng)完成后，提交完整的程序代碼、設(shè)計(jì)報(bào)告及相關(guān)文檔，并適當(dāng)說明設(shè)計(jì)中遇到的問題及心得體會(huì)。6.課程設(shè)計(jì)使用的開發(fā)工具不限，但程序必須是WINDOWS圖形界面。六、課程考核考核形式：必修考試課成績(jī)：總成績(jī)=考試成績(jī)70%+平時(shí)成績(jī)30% 考試成績(jī)=閉卷考試筆試成績(jī) 平時(shí)成績(jī)=(作業(yè)+筆記+課堂表現(xiàn))10%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%七、教材與主要參考書（一）教材（五號(hào)宋體字）：1. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第四版），湯小丹、梁紅兵、哲鳳屏、湯子瀛編著，西安電子科技大學(xué)出版社。（二）主要參考書（五號(hào)宋體字）:1.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第四版）學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，湯小丹、梁紅兵等編著，西安電子科技大學(xué)出版社2

5、. Linux從入門到精通，劉憶智等編著，清華大學(xué)出版社。3.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)(第2版)(國家精品課程配套教材)，龐麗萍，陽富民編著，人民郵電出版社。八、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與教學(xué)設(shè)計(jì)第一章 操作系統(tǒng)引論教學(xué)目的和要求：了解操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型；了解操作系統(tǒng)的的發(fā)展過程；掌握操作系統(tǒng)的基本類型；掌握操作系統(tǒng)的功能和特征。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：操作系統(tǒng)每種基本類型的特點(diǎn)及比較；操作系統(tǒng)的四大特征。教學(xué)形式：講授第一節(jié) 操作系統(tǒng)的基本概念一、操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用（一）操作系統(tǒng)的目標(biāo)（二）操作系統(tǒng)的作用（三）推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Χ⒉僮飨到y(tǒng)的發(fā)展過程三、操作系統(tǒng)的基本特性（一）并發(fā)性（二）共享性（三）

6、虛擬技術(shù)（四）異步性四、操作系統(tǒng)的主要功能（一）處理機(jī)管理功能（二）存儲(chǔ)器管理功能（三）設(shè)備管理功能（四）文件管理功能（五）操作系統(tǒng)與用戶之間的接口實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)名稱：Linux的桌面系統(tǒng)課時(shí)：1目的和要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誏inux操作系統(tǒng)的GNOME桌面、KDE桌面的環(huán)境特性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：登陸系統(tǒng)、注銷系統(tǒng)、定制桌面、切換桌面、定制面板、文件管理器、定制系統(tǒng)、使用軟盤和光盤、常用的KDE應(yīng)用程序的功能。實(shí)驗(yàn)要求：熟練操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每人寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。復(fù)習(xí)與思考題1設(shè)計(jì)現(xiàn)代 OS 的主要目標(biāo)是什么？2為什么說 OS 實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象？3模塊接口法存在著哪些問題？可通過什么樣的途徑來解決？延伸

7、閱讀1了解操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，主要操作系統(tǒng)產(chǎn)品系列。2查找資料，了解Linux、Android、IOS等操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。3你到底應(yīng)該使用哪個(gè)Linux發(fā)行版.第二章 進(jìn)程管理教學(xué)目的和要求：了解進(jìn)程間的通信，死鎖的頂防和避免；理解多進(jìn)程序設(shè)計(jì)概念，進(jìn)程的組成，臨界區(qū)概念，信號(hào)量和P、V操作，死鎖的必要條件；掌握進(jìn)程定義，進(jìn)程的狀態(tài)及其變化，進(jìn)程的同步與互斥，死鎖的概認(rèn)念。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：程序的順序執(zhí)行和井發(fā)執(zhí)行；進(jìn)程與程序的區(qū)別；基本狀態(tài)演變圖；PCB的作用；進(jìn)程控制的原語實(shí)現(xiàn)。能力點(diǎn)：進(jìn)程的基本概念與特征；進(jìn)程的基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換；進(jìn)程控制。教學(xué)形式：講授+實(shí)驗(yàn)第一節(jié) 進(jìn)程的基本概念和進(jìn)程控制一、進(jìn)程

8、的基本概念（一）程序的順序執(zhí)行及其特征（二）前趨圖（三）程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征（四）進(jìn)程的特征與狀態(tài)（五）進(jìn)程控制塊二、進(jìn)程控制（一）進(jìn)程的創(chuàng)建（二）進(jìn)程的終止（三）進(jìn)程的阻塞與喚醒（四）進(jìn)程的掛起與激活第二節(jié) 進(jìn)程同步和進(jìn)程通信一、進(jìn)程同步（一）進(jìn)程同步的基本概念（二）信號(hào)量機(jī)制（三）信號(hào)量的應(yīng)用（四）經(jīng)典進(jìn)程的同步問題二、進(jìn)程通信（一）進(jìn)程通信的類型（二）消息傳遞通信的實(shí)現(xiàn)方法（三）消息傳遞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的若干問題（四）消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)：2實(shí)驗(yàn)2 Linux的使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誏inux操作系統(tǒng)的文字、圖形與多媒體應(yīng)用程序的使用方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：文字處理器、圖形處理器、Web

9、瀏覽器、多媒體應(yīng)用程序的功能及使用。實(shí)驗(yàn)要求：熟練操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每人寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。作業(yè)設(shè)計(jì)作業(yè)名稱：進(jìn)程調(diào)度模擬程序作業(yè)要求：編寫一個(gè)進(jìn)程調(diào)度程序，模擬實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的創(chuàng)建、運(yùn)行、阻塞、完成等進(jìn)程控制，允許多個(gè)進(jìn)程并行的進(jìn)程調(diào)度程序。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：任務(wù)的基本原理描述、設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的說明（10分）；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明（15分）；各模塊的算法流程圖（15分）；進(jìn)程管理和進(jìn)程調(diào)度（40分），運(yùn)行時(shí)的顯示信息（20分）。復(fù)習(xí)與思考題1為什么程序并發(fā)執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生間斷性特征？2程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)為什么會(huì)失去封閉性和可再現(xiàn)性？延伸閱讀1Red Hat Linux用戶基礎(chǔ)，紅帽軟件(北京)有限公司，電子工業(yè)出版社，2007

10、。2如何在RedHat Linux上做性能調(diào)優(yōu).3最常用的20個(gè)監(jiān)控Linux系統(tǒng)性能的命令行工具.第三章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖教學(xué)目的和要求：掌握操作系統(tǒng)中存在的3級(jí)調(diào)度；掌握調(diào)度算法，掌握衡量調(diào)度性能優(yōu)劣的作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間、進(jìn)程周轉(zhuǎn)時(shí)間等概念；了解產(chǎn)生死鎖的各種原因；掌握各種死鎖解決措施，特別是避免死鎖的方法。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：調(diào)度的性能衡量；調(diào)度算法；死鎖的預(yù)防；利用銀行家算法避免死鎖。能力點(diǎn)：銀行家算法；資源分配圖的化簡(jiǎn)。教學(xué)形式：講授+實(shí)驗(yàn)第一節(jié) 處理機(jī)調(diào)度一、處理機(jī)調(diào)度的層次二、調(diào)度隊(duì)列模型和調(diào)度準(zhǔn)則（一）調(diào)度隊(duì)列模型（二）選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法的若干準(zhǔn)則三、調(diào)度算法（一）先來先服務(wù)和短作業(yè)(進(jìn)

11、程)優(yōu)先（二）高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先（三）基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法四、實(shí)時(shí)調(diào)度第二節(jié) 死鎖一、產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件（一）產(chǎn)生死鎖的原因（二）產(chǎn)生死鎖的必要條件（三）處理死鎖的基本方法二、預(yù)防死鎖的方法（一）預(yù)防死鎖（二）系統(tǒng)安全狀態(tài)（三）利用銀行家算法避免死鎖三、死鎖的檢測(cè)與解除實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)：2實(shí)驗(yàn)3 Linux的系統(tǒng)管理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誏inux操作系統(tǒng)的系統(tǒng)管理及應(yīng)用技術(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：帳戶管理、文件管理、軟件管理、系統(tǒng)安全管理。實(shí)驗(yàn)要求：掌握Linux系統(tǒng)的管理技能，作為系統(tǒng)管理員能夠?qū)ο到y(tǒng)帳戶、系統(tǒng)文件、系統(tǒng)的安全性進(jìn)行管理；能夠正確安裝軟件和卸載軟件，實(shí)驗(yàn)完成后每人寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。復(fù)習(xí)與思考題

12、1高級(jí)調(diào)度與低級(jí)調(diào)度的主要任務(wù)是什么？為什么要引入中級(jí)調(diào)度？2在批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，各采用哪幾種進(jìn)程(作業(yè))調(diào)度算法？延伸閱讀1Red Hat Linux用戶基礎(chǔ)，紅帽軟件(北京)有限公司，電子工業(yè)出版社，2007。第四章 存儲(chǔ)器管理教學(xué)目的和要求：掌握三種程序裝入方式：絕對(duì)裝入、可重定位裝入、動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入；了解三種程序鏈接方式；掌握連續(xù)分配存儲(chǔ)管理的幾種方式；掌握對(duì)換技術(shù)；掌握分頁存儲(chǔ)管理方式；了解分段存儲(chǔ)管理方式。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法；分區(qū)回收算法；分頁系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)；分頁與分段的主要區(qū)別。能力點(diǎn)：動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法；內(nèi)、外零頭的處理；快表。教學(xué)形式：講授+實(shí)驗(yàn)

13、第一節(jié) 內(nèi)存的分配一、程序的裝入和鏈接二、連續(xù)分配方式（一）單一連續(xù)分配（二）固定分區(qū)分配（三）動(dòng)態(tài)分區(qū)分配（四）可重定位動(dòng)態(tài)分區(qū)分配第二節(jié) 基本分頁存儲(chǔ)管理方式和基本分段存儲(chǔ)管理方式一、基本分頁存儲(chǔ)管理方式（一）頁面與頁表（二）地址變換機(jī)構(gòu)（三）兩級(jí)和多級(jí)頁表二、基本分段存儲(chǔ)管理方式（一）分段系統(tǒng)的基本原理（二）信息共享（三）段頁式存儲(chǔ)管理方式三、虛擬存儲(chǔ)器的基本概念第三節(jié) 請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理方式和頁面置換算法一、請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理方式（一）請(qǐng)求分頁中的硬件支持（二）內(nèi)存分配策略和分配算法（三）調(diào)頁策略二、頁面置換算法（一）最佳置換算法和先進(jìn)先出置換算法（二）最近最久未使用(LRU)置換算法（三

14、）Clock 置換算法（四）其它置換算法實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)：2實(shí)驗(yàn)4 Linux的服務(wù)功能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誏inux的Internet服務(wù)功能。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：基于Linux的Apache服務(wù)器的配置、DNS服務(wù)器的配置、FTP服務(wù)器的配置、Mail服務(wù)器的配置。實(shí)驗(yàn)要求：掌握Linux的功能強(qiáng)大的Internet服務(wù)功能，掌握Linux用于Internet的多種服務(wù)器的配置技能及配置文件，實(shí)驗(yàn)完成后每人寫出綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。作業(yè)設(shè)計(jì)作業(yè)名稱：存儲(chǔ)管理模擬程序作業(yè)要求：設(shè)計(jì)請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理方案，并編寫模擬程序?qū)崿F(xiàn)之。頁面淘汰算法采用： FIFO和LRU頁面淘汰算法或 FIFO和OPT頁面淘汰算法。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

15、任務(wù)的基本原理描述、設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的說明（10分）；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明（15分）；各模塊的算法流程圖（15分）；頁面尺寸合理，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)程的大小，構(gòu)建頁表并對(duì)頁表進(jìn)行初始化（20分），按不同的算法功能按鈕則執(zhí)行不同的算法（30分），顯示結(jié)果（10分）。復(fù)習(xí)與思考題1為什么要配置層次式存儲(chǔ)器？2分區(qū)存儲(chǔ)管理中常用哪些分配策略？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。延伸閱讀1進(jìn)入1TB大容量時(shí)代 創(chuàng)見SSD370固態(tài)硬盤試用2軟件定義閃存：SSD加速企業(yè)數(shù)據(jù)中心變革.第五章 設(shè)備管理教學(xué)目的和要求：了解I/O系統(tǒng)的組成；掌握I/O控制方式；了解緩沖管理；了解Spooling技術(shù)；了解設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：I/

16、O系統(tǒng)的組成；I/O控制方式；Spooling技術(shù)。能力點(diǎn)：I/O控制方式。教學(xué)形式：講授+實(shí)驗(yàn)第一節(jié) I/O系統(tǒng)和I/O 控制方式一、I/O系統(tǒng)二、I/O 控制方式（一）程序 I/O 方式（二）中斷驅(qū)動(dòng) I/O 控制方式（三）直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)I/O 控制方式（四）I/O 通道控制方式第二節(jié) 緩沖管理和磁盤存儲(chǔ)器的管理一、緩沖管理（一）單緩沖和雙緩沖（二）循環(huán)緩沖（三）緩沖池二、磁盤存儲(chǔ)器的管理（一）磁盤調(diào)度（二）磁盤高速緩存（三）提高磁盤 I/O 速度的其它方法三、設(shè)備分配（一）設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（二）設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素（三）獨(dú)占設(shè)備的分配程序（四）SPOOLing 技術(shù)實(shí)踐教

17、學(xué)設(shè)計(jì)課時(shí)：1實(shí)驗(yàn)5 Linux的磁盤分配實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誏inux的磁盤分配功能。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：基于Linux的文件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磁盤分配。實(shí)驗(yàn)要求：掌握Linux的實(shí)現(xiàn)磁盤分配功能，掌握Linux磁盤規(guī)劃，根據(jù)需要擴(kuò)展，實(shí)驗(yàn)完成后每人寫出綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。作業(yè)設(shè)計(jì)作業(yè)名稱：磁盤調(diào)度算法模擬程序作業(yè)要求：在充分理解磁盤調(diào)度算法的原理基礎(chǔ)上，獨(dú)立設(shè)計(jì)磁盤調(diào)度算法，并編寫模擬程序?qū)崿F(xiàn)之。磁盤調(diào)度算法采用：FCFS和SSTF算法或SCAN和CSCAN汰算法。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：任務(wù)的基本原理描述、設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的說明（10分）；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明（15分）；各模塊的算法流程圖（15分）；選擇生成序列則隨機(jī)產(chǎn)生磁盤尋道請(qǐng)求

18、序列和當(dāng)前道號(hào)，并顯示在界面上（20分），執(zhí)行速度用于控制執(zhí)行過程中兩個(gè)訪問之間的時(shí)間間隔30分，按不同的算法功能按鈕則執(zhí)行不同的算法40分。復(fù)習(xí)與思考題1為了實(shí)現(xiàn) CPU 與設(shè)備控制器間的通信，設(shè)備控制器應(yīng)具備哪些功能？2如何解決因通道不足而產(chǎn)生的瓶頸問題？延伸閱讀12016年最值得關(guān)注的大數(shù)據(jù)領(lǐng)域33大預(yù)測(cè).2Windows常用的數(shù)據(jù)緩存介紹及清除辦法.第六章 文件管理教學(xué)目的和要求：掌握文件的相關(guān)概念；掌握文件的邏輯結(jié)構(gòu)；掌握單級(jí)目錄結(jié)構(gòu)、兩級(jí)目錄結(jié)構(gòu)、樹型目錄結(jié)構(gòu)以及各自的目錄查詢技術(shù)；了解文件共享的含義，實(shí)現(xiàn)文件共字的方法；了解文件保護(hù)的相關(guān)方法。重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：文件的邏輯結(jié)構(gòu)；文件目錄結(jié)構(gòu)。能力點(diǎn)：文件索引；文件目錄結(jié)構(gòu)。教學(xué)形式：講授+