《計算機(jī)操作系統(tǒng)2》課程教學(xué)大綱

《計算機(jī)操作系統(tǒng)2》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱計算機(jī)操作系統(tǒng)ComputerOperatingSystem課程編碼CST210521030開課院部計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院課程團(tuán)隊操作系統(tǒng)學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時52講授40實驗0上機(jī)12實踐0課外學(xué)時52適用專業(yè)信息與計算科學(xué)授課語言中文先修課程程序設(shè)計（C）、大學(xué)計算機(jī)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程簡介（限選）《計算機(jī)操作系統(tǒng)》是信息與計算科學(xué)專業(yè)的選修課，屬于系統(tǒng)軟件技術(shù)系列。本課程介紹計算機(jī)操作系統(tǒng)作為復(fù)雜系統(tǒng)軟件具有的主要功能，重點講述操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)程管理、進(jìn)程同步、進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件管理及文件的安全性、設(shè)備管理功能模塊實現(xiàn)的策略、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法以及操作系統(tǒng)與硬件的接口。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠理解高級語言程序在系統(tǒng)中從應(yīng)用層到硬件層的運行過程，理解計算機(jī)系統(tǒng)工作的基本原理及操作系統(tǒng)在應(yīng)用層和硬件層之間所起的作用。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計與開發(fā)復(fù)雜軟件的能力，具備分析、評價及提高程序性能的基本素質(zhì)，能夠使學(xué)生掌握提高程序性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備開發(fā)、調(diào)試復(fù)雜軟件的能力，認(rèn)識擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)對科技強(qiáng)國的重要性，為從事系統(tǒng)軟件開發(fā)的同學(xué)打好堅實的理論基礎(chǔ)。"Computeroperatingsystem"isanelectivecourseforinformationandcomputingsciencemajors,belongingtotheSystemSoftwareTechnologySeries.Thiscourseintroducesthemainfunctionsofcomputeroperatingsystemascomplexsystemsoftware,focusingonoperatingsystemkernelprocessmanagement,processsynchronization,processscheduling,memorymanagement,filemanagementandfilesecurity,thestrategy,datastructure,algorithmandinterfacebetweentheoperatingsystemandhardwareimplementedbythedevicemanagementfunctionmodule.Throughthestudyofthiscourse,studentscanunderstandtherunningprocessofhigh-levellanguageprogramsfromapplicationlayertohardwarelayerinthesystem,understandthebasicprincipleofcomputersystemoperationandtheroleofoperatingsystembetweenapplicationlayerandhardwarelayer.Cultivatestudents'abilitytodesignanddevelopcomplexsoftware,havethebasicqualitiestoanalyze,evaluateandimproveprogramperformance,andenablestudentstomasterthekeylinkstoimproveprogramperformance,enablestudentstodevelop,abilitytodebugcomplexsoftware;Ontheotherhandknowtheimportanceofoperatingsystemwithindependentintellectualpropertyrightstoastrongcountryofscienceandtechnology,andlayasolidtheoreticalfoundationforstudentsengagedinsystemsoftwaredevelopment.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握操作系統(tǒng)的基本概念，理解設(shè)計與實現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核中的進(jìn)程管理、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程同步與通信、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理的策略、算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，了解信息安全的基礎(chǔ)知識，為畢業(yè)要求指標(biāo)點3.2的達(dá)成提供支持。是3.22M2目標(biāo)2：要求學(xué)生深入理解操作系統(tǒng)實現(xiàn)中涉及的工程原理和理論，并能夠應(yīng)用其解決復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)問題。為畢業(yè)要求指標(biāo)點3.2的達(dá)成提供支持是3.23M3目標(biāo)3：能夠?qū)Σ煌牟呗?、算法和工具進(jìn)行分析、評價。理解計算機(jī)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題和現(xiàn)象的可能原因。為畢業(yè)要求指標(biāo)點3.2的達(dá)成提供支持。是3.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章第一章操作系統(tǒng)概述第一章概要介紹操作系統(tǒng)的作用、功能、發(fā)展歷史；多任務(wù)操作系統(tǒng)的特征；操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。////21.11.1操作系統(tǒng)的作用與功能操作系統(tǒng)的作用；主流操作系統(tǒng)的主要功能及各功能模塊完成的主要任務(wù)。M11講授1自學(xué)31.21.2操作系統(tǒng)的發(fā)展單道批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)及特征；多道程序系統(tǒng)的產(chǎn)生；多道批處理系統(tǒng)的特征；分時系統(tǒng)的特征。操作系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀及主流操作系統(tǒng)介紹。M11講授1自學(xué)41.31.3操作系統(tǒng)的特征程序的并發(fā)執(zhí)行；程序的并行執(zhí)行；共享資源；異步；虛擬。M10.5講授0.5自學(xué)51.4操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)單體結(jié)構(gòu)模型；層次結(jié)構(gòu)模型；微內(nèi)核結(jié)構(gòu)；動態(tài)可擴(kuò)展模型。M20.5講授0.5自學(xué)6第二章第二章進(jìn)程的描述與控制本章重點難點：進(jìn)程的描述和組織；進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷、阻塞、喚醒。中斷機(jī)制、時鐘機(jī)制、系統(tǒng)調(diào)用。////72.12.1進(jìn)程的描述進(jìn)程的定義、特征；進(jìn)程控制塊及其作用；進(jìn)程的基本狀態(tài)；進(jìn)程隊列。M11講授1自學(xué)82.22.2進(jìn)程的控制進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷、阻塞、喚醒M11講授1作業(yè)92.32.3內(nèi)核支撐功能的實現(xiàn)中斷機(jī)制的實現(xiàn)原理；計算機(jī)系統(tǒng)中時鐘機(jī)制的作用和實現(xiàn)原理；系統(tǒng)調(diào)用的作用和實現(xiàn)原理、系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程。M21講授1自學(xué)102.42.4線程線程的概念、線程的實現(xiàn)模型、線程實現(xiàn)的不同方式。M11講授1自學(xué)11第三章第三章進(jìn)程同步與通信信號量機(jī)制、管程；經(jīng)典的同步問題。////123.13.1同步的基本概念操作系統(tǒng)為什么需要進(jìn)程同步機(jī)制；臨界區(qū)、臨界資源；同步機(jī)制遵循的準(zhǔn)則。M1,M31講授1作業(yè)133.23.2信號量機(jī)制整型信號量機(jī)制；記錄型信號量機(jī)制；信號量機(jī)制的應(yīng)用。M21講授1自學(xué)143.33.3經(jīng)典的同步問題生產(chǎn)者-消費者問題模型；讀者-寫者問題模型；哲學(xué)家進(jìn)餐問題模型。M1,M22講授2作業(yè)15第四章第四章進(jìn)程調(diào)度本章重點難點：進(jìn)程調(diào)度算法；進(jìn)程調(diào)度算法的實現(xiàn)。////164.14.1進(jìn)程調(diào)度簡介進(jìn)程調(diào)度算法的功能；進(jìn)程調(diào)度的時機(jī)；評價進(jìn)程調(diào)度算法的指標(biāo)；可調(diào)度性。M1,M31講授1自學(xué)174.24.2進(jìn)程調(diào)度算法先來先服務(wù)調(diào)度算法；短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法；高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法；時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法；基于優(yōu)先權(quán)的進(jìn)程調(diào)度算法；多級隊列調(diào)度算法；多級反饋隊列調(diào)度算法；搶占式調(diào)度策略；非搶占式調(diào)度策略；M1,M32講授2自學(xué)184.3上機(jī)1進(jìn)程管理的模擬程序M1,M26上機(jī)6上機(jī)19第五章第五章死鎖產(chǎn)生死鎖的原因及解決死鎖的方法。////205.15.1產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件死鎖的定義；產(chǎn)生死鎖的原因；死鎖的四個必要條件。M10.5講授0.5自學(xué)215.25.2處理死鎖的基本方法死鎖的預(yù)防；死鎖的避免；銀行家算法；死鎖定理；死鎖的檢測；死鎖的解除。M1,M21.5講授1.5自學(xué)22第六章第六章內(nèi)存管理存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；局部性原理；程序的裝入與連接；連續(xù)的內(nèi)存管理；分頁存儲管理的原理。////236.16.1存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu)；局部性原理。M11講授1自學(xué)246.26.2程序的裝入和連接絕對裝入方式、靜態(tài)重定位裝入方式、動態(tài)重定位裝入方式；靜態(tài)連接和動態(tài)連接。M1,M21講授1自學(xué)256.36.3連續(xù)的內(nèi)存管理方式實現(xiàn)單一連續(xù)區(qū)分配、固定分區(qū)分配、動態(tài)分區(qū)分配涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法；分區(qū)回收的實現(xiàn)。M12講授2自學(xué)266.46.4分頁存儲管理方式分頁存儲管理的基本原理、頁表的建立及作用、分頁的地址結(jié)構(gòu)及地址變換的實現(xiàn)過程；快表及其作用；二級分頁的實現(xiàn)原理及地址變換；多級分頁的實現(xiàn)原理及地址變換。M1,M24講授4作業(yè)27第七章第七章虛擬內(nèi)存管理虛擬存儲系統(tǒng)的特征；請求分頁的實現(xiàn)機(jī)制及基本原理；請求分頁的性能分析。////287.17.1虛擬內(nèi)存管理的基本概念引入虛擬內(nèi)存管理的背景；虛擬內(nèi)存管理的基本思想；虛擬內(nèi)存管理系統(tǒng)的特征。M10.5講授0.5自學(xué)297.27.2請求調(diào)頁的基本原理頁表的結(jié)構(gòu)；缺頁中斷處理過程；地址變換過程；最少頁框數(shù)的確定；頁調(diào)入和換出策略。M1,M22講授2作業(yè)307.37.3頁置換算法最佳置換算法；先進(jìn)先出置換算法；最近最久未使用置換算法；簡單的ClocK置換算法；改進(jìn)型Clock置換算法；頁緩沖隊列；Linux的請求分頁。M1,M31.5講授1.5自學(xué)317.47.4請求調(diào)頁的性能缺頁率對有效訪存時間的影響；提高請求調(diào)頁時間性能的方法；抖動。M11講授1自學(xué)327.5上機(jī)2內(nèi)存管理模擬程序的實現(xiàn)6上機(jī)6上機(jī)33第八章第八章文件系統(tǒng)本章重點：文件按名訪問的實現(xiàn)；文件存儲的實現(xiàn)；文件系統(tǒng)的安全性及保護(hù)機(jī)制////348.18.1用戶級的文件操作文件的命名；文件的分類；文件的操作；目錄的類型；目錄的操作。M11講授1自學(xué)358.28.2文件的存儲空閑磁盤塊的管理；文件的連續(xù)存儲及其按名訪問；文件的不連續(xù)存放及其按名訪問。M1,M21講授1自學(xué)368.38.3文件按名訪問實現(xiàn)的實例CP/M文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)及按名訪問；FAT文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)、FAT表及文件按名訪問的實現(xiàn)；Unix系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)、索引節(jié)點結(jié)構(gòu)及按名訪問的實現(xiàn)；文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對文件系統(tǒng)管理的空間大小及單個文件大小的影響。M1,M22講授2作業(yè)378.48.4文件系統(tǒng)的安全性及保護(hù)機(jī)制引起不安全的原因；一般性的安全攻擊；病毒；權(quán)限及用戶驗證；保護(hù)模型；存取控制表2講授2/38第九章第九章設(shè)備管理本章的重點和難點：設(shè)備管理軟件的層次結(jié)構(gòu)和功能；設(shè)備驅(qū)動程序與硬件的接口；輸入輸出控制方式；磁盤調(diào)度。////399.19.1設(shè)備管理系統(tǒng)的構(gòu)成I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；I/O設(shè)備的分類；設(shè)備控制器的邏輯結(jié)構(gòu)和功能。M10.5/0.5自學(xué)409.29.2I/O控制方式程序控制方式；中斷控制方式；DMA控制器的結(jié)構(gòu)與DMA控制方式。M21/1自學(xué)419.39.3緩沖管理緩沖的引入；單緩沖；雙緩沖；循環(huán)緩沖；公共緩沖池。M1,M31/1自學(xué)429.49.4設(shè)備分配設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；設(shè)備分配應(yīng)考慮的若干因素；設(shè)備獨立性；設(shè)備分配過程；M1,M31/1自學(xué)439.59.5設(shè)備管理軟件設(shè)備管理軟件的功能和層次結(jié)構(gòu)；中斷處理程序；設(shè)備驅(qū)動程序；與硬件無關(guān)的設(shè)備管理軟件。M10.5/0.5自學(xué)449.69.6磁盤管理磁盤結(jié)構(gòu)；磁盤調(diào)度算法；提高磁盤訪問速度的技術(shù)。M1,M31/1自學(xué)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1上機(jī)根據(jù)學(xué)生代碼完成功能的情況、代碼質(zhì)量、運行結(jié)果的正確性和性能進(jìn)行評分，成績采用五級制。10%2平時作業(yè)參與評分的作業(yè)主要包括小論文、各章節(jié)作業(yè)等題目，根據(jù)作業(yè)完成質(zhì)量、是否按時提交、是否獨立完成，內(nèi)容是否全面、深入，能否體現(xiàn)出學(xué)生獨立解決問題的能力進(jìn)行評分，成績采用五級制。10%3平時測試1.每周一次小測試，完成考勤和平時學(xué)習(xí)情況的考核。2.小測試出題量在15分到20分，考試時間10到15分鐘,學(xué)生成績轉(zhuǎn)換為百分制后計入期末總成績。為畢業(yè)要求達(dá)成度的評價提供支持20%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.期末考試是對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面檢驗。全面考核學(xué)生對操作系統(tǒng)實現(xiàn)基本原理的概念、方法、基本技術(shù)的掌握程度，考核學(xué)生運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。為畢業(yè)要求達(dá)成度的評價提供支持。60%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1上機(jī)10%A-程序功能完善、程序結(jié)構(gòu)清晰、運行結(jié)果正確并有提高程序性能的實現(xiàn)方式。B-程序功能基本完整、程序結(jié)構(gòu)比較合理、程序運行結(jié)果正確。C-能完成程序的主要功能，程序有少數(shù)的運行結(jié)果錯誤。D-完成極少的部分功能，實現(xiàn)方法不合理。E-不能完成上機(jī)任務(wù)。2M1平時作業(yè)10%A-具有良好的自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，正確性很高，是獨立完成，具有創(chuàng)新性。B-具有自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，正確性高，是獨立完成，具有一定的創(chuàng)新性。C-具有一定的自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，基本正確，獨立完成。D-能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容基本完整，基本正確，沒有體現(xiàn)自身分析問題和解決問題的能力。E-不按時提交作業(yè)。3M1平時測試20%（見平時測試評分標(biāo)準(zhǔn)）4M1期末考試60%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）5M2上機(jī)10%A-程序功能完善、程序結(jié)構(gòu)清晰、運行結(jié)果正確并有提高程序性能的實現(xiàn)方式。B-程序功能基本完整、程序結(jié)構(gòu)比較合理、程序運行結(jié)果正確。C-能完成程序的主要功能，程序有少數(shù)的運行結(jié)果錯誤。D-完成極少的部分功能，實現(xiàn)方法不合理。E-不能完成上機(jī)任務(wù)。6M2平時作業(yè)10%A-具有良好的自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，正確性很高，是獨立完成，具有創(chuàng)新性。B-具有自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，正確性高，是獨立完成，具有一定的創(chuàng)新性。C-具有一定的自我學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力，能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容完整，基本正確，獨立完成。D-能夠按時提交作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容基本完整，基本正確，沒有體現(xiàn)自身分析問題和解決問題的能力。E-不按時提交作業(yè)。7M2平時測試20%（見平時測試評分標(biāo)準(zhǔn)）8M2期末考試60%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）9M3上機(jī)10%A-程序功能完善、程序結(jié)構(gòu)清晰、運行結(jié)果正確并有提高程序性能的實現(xiàn)方式。B-程序功能基本完整、程序結(jié)構(gòu)比較合理、程序運行結(jié)果正確。C-能完成程序的主要功能，程序有