《操作系統(tǒng)》課程標(biāo)準(zhǔn)

1、操作系統(tǒng)課程標(biāo)準(zhǔn)（執(zhí)筆人：羅宇教授審閱學(xué)院：計(jì)算機(jī)學(xué)院）課程編號(hào)：英文名稱：Operating Systems預(yù)修課程：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)原理(含匯編語言)學(xué)時(shí)安排：講授50學(xué)時(shí)，實(shí)踐40學(xué)時(shí)。學(xué)分：4.5一、課程概述（一）課程性質(zhì)地位本課程是面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)專業(yè)技術(shù)類本科生的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)軟硬件銜接的紐帶，是理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和后續(xù)知識(shí)學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。（二）課程基本理念認(rèn)真貫徹素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育思想，以老師教學(xué)為主，但是在施教過程中突出學(xué)員學(xué)習(xí)的主體地位，注重學(xué)員的參與，在實(shí)踐環(huán)節(jié)，老師作為指導(dǎo)者、答疑者和

2、檢查者，學(xué)生主導(dǎo)實(shí)踐過程。（三）課程設(shè)計(jì)思路課程的設(shè)計(jì)思路應(yīng)以教育改革的基本理念為指導(dǎo)，將操作系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、內(nèi)容安排、教學(xué)實(shí)施以及課程評(píng)價(jià)等有機(jī)結(jié)合起來，既重視課程的基礎(chǔ)性又體現(xiàn)內(nèi)容的先進(jìn)性及實(shí)踐性。課程結(jié)合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生掌握并行程序設(shè)計(jì)的方法，操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)開發(fā)方法。并培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)領(lǐng)會(huì)操作系統(tǒng)細(xì)節(jié)內(nèi)容的能力。在課程學(xué)習(xí)后，安排2星期專門進(jìn)行操作系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。二、課程目標(biāo)（一）知識(shí)與技能本課程主要介紹操作系統(tǒng)的概念、功能、結(jié)構(gòu)、策略，以及一些基本的算法、處理過程和新技術(shù)；以多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，介紹構(gòu)成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的工作機(jī)理及設(shè)計(jì)方法。要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)上述知識(shí)，能具備較好的操作系統(tǒng)

3、應(yīng)用、維護(hù)、管理和設(shè)計(jì)能力。為后續(xù)學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（二）過程與方法本課程先以聽課為主，全程電子課件授課，注意預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí),學(xué)員應(yīng)該安裝Linux操作系統(tǒng),并利用實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行原理、技術(shù)演示，課程中期開始進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)，后2周專門用于操作系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀的培養(yǎng)應(yīng)該貫穿在本課程教育的全過程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員：尊重科學(xué)原理，不斷提高對(duì)操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件的興趣，關(guān)心相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展；逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，敢于依據(jù)客觀事實(shí)提出自己的見解，能聽取與分析不同的意見，并能夠根據(jù)科學(xué)事實(shí)完成實(shí)際工作；增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感和軍人使命感，形成用科學(xué)技術(shù)知識(shí)為祖國、軍隊(duì)和

4、人民服務(wù)的意識(shí)。三、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)課堂教學(xué)部分（50學(xué)時(shí)）第一章 緒論（4學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1操作系統(tǒng)的功能、地位、組成及特征；2操作系統(tǒng)的形成、發(fā)展、分類；3流行操作系統(tǒng)簡介。教學(xué)重難點(diǎn)：1操作系統(tǒng)的功能、特征；2各種概念、技術(shù)的引入；3多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。教學(xué)要求：了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過程；理解操作系統(tǒng)類型及功能。第二章 操作系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制（4學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1中斷和陷入機(jī)制；2操作系統(tǒng)運(yùn)行模型；3操作系統(tǒng)引導(dǎo)與啟動(dòng)、操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用接口實(shí)現(xiàn)方法；4命令與視窗界面實(shí)現(xiàn)方法。教學(xué)重難點(diǎn)：1中斷相關(guān)概念及處理的一般過程，系統(tǒng)調(diào)用處理過程；2命令解釋程序的一般實(shí)現(xiàn)方法。教學(xué)要求：理解中斷和異常的概念，掌握中斷

5、處理的一般過程，理解實(shí)用操作系統(tǒng)運(yùn)行模型；掌握用戶與系統(tǒng)的編程接口、操作界面。第三章 進(jìn)程管理（4學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1進(jìn)程的描述和結(jié)構(gòu)、進(jìn)程的創(chuàng)建和結(jié)束處理、進(jìn)程的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換；2進(jìn)程調(diào)度與切換概念與實(shí)現(xiàn)；3調(diào)度的層次、調(diào)度算法選擇的準(zhǔn)則、作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度典型算法；4線程概念、進(jìn)程與線程區(qū)別。教學(xué)重難點(diǎn)：1操作系統(tǒng)進(jìn)程表示，進(jìn)程的創(chuàng)建與結(jié)束，進(jìn)程狀態(tài)變化；2進(jìn)程切換過程，進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)及典型算法。 教學(xué)要求：理解進(jìn)程及進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程態(tài)切換與進(jìn)程切換；掌握典型進(jìn)程調(diào)度算法、理解作業(yè)與進(jìn)程的關(guān)系、了解線程概念。第四章 并發(fā)進(jìn)程（8學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1進(jìn)程的并發(fā)性、進(jìn)程的同步與互斥；2實(shí)現(xiàn)互斥的硬件機(jī)

6、制、信號(hào)量機(jī)制、管程與條件變量；3進(jìn)程間通信概念及實(shí)現(xiàn)機(jī)制；4死鎖概念、死鎖防止、死鎖避免、死鎖檢測和解除。教學(xué)重難點(diǎn)：并發(fā)程序的基本實(shí)現(xiàn)方法；基于信號(hào)量機(jī)制的進(jìn)程同步與互斥的編程，消息傳遞；死鎖防止。教學(xué)要求：了解并發(fā)程序的表示及實(shí)現(xiàn)思想；掌握進(jìn)程同步與互斥的實(shí)現(xiàn)方法；理解進(jìn)程間通訊實(shí)現(xiàn)技術(shù)；了解死鎖的基本概念，理解死鎖的防止技術(shù)。第五章 存儲(chǔ)管理（6學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1存儲(chǔ)管理的功能、地址變換、固定分區(qū)存儲(chǔ)管理、可變分區(qū)存儲(chǔ)管理、分頁存儲(chǔ)管理、分段存儲(chǔ)管理；2移動(dòng)技術(shù)、對(duì)換技術(shù)、覆蓋技術(shù)；3虛擬存儲(chǔ)器的概念、請(qǐng)求分頁虛擬存儲(chǔ)管理原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)、請(qǐng)求分段虛擬存儲(chǔ)管理、請(qǐng)求段頁虛擬存儲(chǔ)管理；4典

7、型頁面淘汰策略。教學(xué)重難點(diǎn)：1多道連續(xù)可變劃分方法的實(shí)現(xiàn)原理；2分頁及請(qǐng)求分頁虛存的實(shí)現(xiàn)技術(shù)；3存儲(chǔ)共享與保護(hù)的實(shí)施方法；4固定工作集的頁面替換算法。教學(xué)要求：理解各類存儲(chǔ)管理方法的實(shí)現(xiàn)原理，理解存儲(chǔ)保護(hù)與共享的實(shí)施方法，掌握請(qǐng)求分頁虛擬存儲(chǔ)管理方法及固定與動(dòng)態(tài)工作集的頁面淘汰策略。第六章 設(shè)備管理（6學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1設(shè)備分類及管理、I/O控制方式及控制接口、I/O軟件層次及主要功能、字符設(shè)備與塊設(shè)備接口、驅(qū)動(dòng)程序組成；2緩沖技術(shù)、磁盤調(diào)度及算法、RAID技術(shù)；3獨(dú)占設(shè)備虛擬化技術(shù)、存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化技術(shù)。教學(xué)重難點(diǎn)：1I/O控制方式；2I/O設(shè)備管理的I/O性能優(yōu)化技術(shù)；3驅(qū)動(dòng)程序接口與功能。

8、教學(xué)要求：了解常見設(shè)備；掌握I/O控制和I/O管理中的常用性能優(yōu)化技術(shù)；了解設(shè)備管理子系統(tǒng)。第七章 文件系統(tǒng)（6學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1文件概念、文件訪問方法；2文件邏輯結(jié)構(gòu)；文件物理結(jié)構(gòu)；3文件控制塊FCB（索引節(jié)點(diǎn)）、文件目錄與目錄項(xiàng)；4各種目錄結(jié)構(gòu)的組織、特性；目錄項(xiàng)檢索與操作；5文件類系統(tǒng)調(diào)用、mmap文件訪問、文件共享、保護(hù)和保密；文件存儲(chǔ)空間管理、文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)；6文件系統(tǒng)的安裝與使用。教學(xué)重難點(diǎn)：1文件的表示與存儲(chǔ)管理；2文件系統(tǒng)樹型與無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)；3主要的文件系統(tǒng)調(diào)用；4文件的保護(hù)方法。教學(xué)要求：理解文件的邏輯與物理結(jié)構(gòu)；掌握文件的目錄結(jié)構(gòu)；掌握文件的使用與控制；理解文件保護(hù)；理

9、解文件管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第八章 并行與分布式系統(tǒng)、安全技術(shù)（8學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1對(duì)稱多處理機(jī)、多核系統(tǒng)、進(jìn)程與線程、線程應(yīng)用、線程狀態(tài)、用戶級(jí)和核心級(jí)線程的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、多處理器環(huán)境下線程調(diào)度算法；2分布式系統(tǒng)特性、分布式應(yīng)用模型、分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型、分布式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)；3安全操作系統(tǒng)概念。教學(xué)重難點(diǎn)：支持共享內(nèi)存對(duì)稱多處理機(jī)操作系統(tǒng)的核心級(jí)線程實(shí)現(xiàn)方法、線程調(diào)度算法。教學(xué)要求：理解線程概念、掌握線程實(shí)現(xiàn)方法、理解線程調(diào)度；了解分布式系統(tǒng)主要概念；了解安全操作系統(tǒng)概念。第九章 操作系統(tǒng)新技術(shù)（4學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容：1大規(guī)模并行操作系統(tǒng)技術(shù)，新型操作系統(tǒng)；2云計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)新技術(shù)。 教學(xué)重難點(diǎn)：

10、分布式海量存儲(chǔ)技術(shù)，虛擬化技術(shù)，分布內(nèi)存管理技術(shù)教學(xué)要求：了解高性能計(jì)算機(jī)，云計(jì)算的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)，了解集群環(huán)境和分布式環(huán)境下系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素和主要挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分（40學(xué)時(shí)）教學(xué)目的：通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)，深入理解操作系統(tǒng)的一般工作原理、掌握一種主流實(shí)用操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，同時(shí)培養(yǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核程序開發(fā)的能力，完成一組與操作系統(tǒng)內(nèi)核相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，主要包括shell命令解釋器、文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)等。教學(xué)要求：要求學(xué)生一人一組，獨(dú)立完成，集中兩周課內(nèi)上機(jī)40小時(shí)，課外自行安排。shell命令解釋器必做，在期中開始。文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)可以二選一。為了完成綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參

11、照實(shí)驗(yàn)教科書，自行進(jìn)行前導(dǎo)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1 shell命令解釋器實(shí)現(xiàn)shell命令解釋器。通過命令解釋器的設(shè)計(jì)與編程，掌握操作系統(tǒng)命令界面設(shè)計(jì)，掌握操作系統(tǒng)各系統(tǒng)調(diào)用的使用，體會(huì)多道程序設(shè)計(jì)。至少實(shí)現(xiàn)簡單命令解釋執(zhí)行，鼓勵(lì)有能力的學(xué)生實(shí)現(xiàn)重定向、管道以及命令蹤跡等復(fù)雜功能，鼓勵(lì)學(xué)生能夠提出新的實(shí)用功能。對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行運(yùn)行檢查和代碼檢查，實(shí)現(xiàn)簡單的進(jìn)程創(chuàng)建及執(zhí)行命令程序?yàn)榧案瘢绻軐?shí)現(xiàn)重定向等功能則為良好，如果能有更復(fù)雜功能或?qū)嵱脛?chuàng)新則為優(yōu)秀，實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為輔助評(píng)價(jià)手段。 實(shí)驗(yàn)2 文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)掌握文件系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。2實(shí)驗(yàn)原理Linux為了支持多種不同的文件

12、系統(tǒng)，引入了純軟件中間層VFS，使文件子系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性變得更好。VFS的關(guān)鍵是，根據(jù)不同的文件系統(tǒng)抽象出了一個(gè)通用的文件模型。每個(gè)特定的文件系統(tǒng)都要把物理操作與通用文件模型對(duì)應(yīng)起來。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求在Linux平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的磁盤文件系統(tǒng)naive，支持普通文件和目錄的基本操作，特殊類型的文件不需要考慮。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求支持naive文件系統(tǒng)的內(nèi)核模塊。要求測試文件系統(tǒng)的格式化、掛載與卸載、文件和目錄的創(chuàng)建與刪除等操作。實(shí)驗(yàn)3 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)深入理解Linux的設(shè)備管理框架，掌握塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一般編寫方法，并實(shí)現(xiàn)一個(gè)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。2實(shí)驗(yàn)原理在Linux下，

13、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩部分：（1）與VFS的接口層；（2）真正對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作的部分。要使用一個(gè)塊設(shè)備，要使用register_blkdev注冊(cè)設(shè)備號(hào)，再使用函數(shù)alloc_disk分配一個(gè)gendisk對(duì)象并對(duì)該對(duì)象進(jìn)行初始化，其中包括請(qǐng)求隊(duì)列對(duì)象和塊設(shè)備操作集合的初始化，然后注冊(cè)一個(gè)中斷處理函數(shù)，最后調(diào)用函數(shù)add_disk注冊(cè)kobject對(duì)象，激活該設(shè)備。對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，要遵循相關(guān)的總線協(xié)議和訪問接口。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求通過分析一個(gè)典型的塊設(shè)備（RAMDISK）的驅(qū)動(dòng)程序，學(xué)習(xí)編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一般方法。進(jìn)一步，通過分析Linux的USB驅(qū)動(dòng)框架程序和USB大規(guī)模存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的源代碼，

14、結(jié)合RAMDISK驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)U盤驅(qū)動(dòng)程序。要求支持U盤的掛載、讀寫、格式化等操作。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求一個(gè)U盤驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)核模塊。要求演示U盤的掛載、讀寫、格式化等操作。四、實(shí)施建議（一）教學(xué)實(shí)施1課程學(xué)時(shí)分配表：教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)安排講授學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)小計(jì)拓展學(xué)習(xí)實(shí)踐探索課題研究論文撰寫自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)上機(jī)野外作業(yè)考核學(xué)時(shí)其他第一章 4 4第二章 4 4第三章 4 4第四章 8 8第五章 6 6 第六章 4 2 6第七章 4 2 6 第八章 88第九章 44綜合實(shí)驗(yàn)40 40小計(jì) 46 4 40 902教學(xué)方法和手段多媒體教學(xué)：全程多媒體教學(xué)，舉例時(shí)輔以板書及演示。實(shí)驗(yàn)教學(xué)：在課程教學(xué)完成后集中2周40課時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。講解綜合實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。（二）考核評(píng)價(jià)考核方式：考試+實(shí)驗(yàn)組織方式：筆試/閉卷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場驗(yàn)收并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績?cè)u(píng)定：百分制記分標(biāo)準(zhǔn)：課程考試50%，實(shí)驗(yàn)50%（三）教材選用1教材操作系統(tǒng)第三版,羅宇等，電子工業(yè)