《操作系統(tǒng)》教學大綱

操作系統(tǒng)PAGE1《計算機組成原理》教學大綱目錄一、教學目的和要求 1二、教學中應注意的問題 2三、教學課時分配 2課程名稱：操作系統(tǒng)學時：48學時課程類型：必修課程性質：軟件服務外包專業(yè)的基礎課程開課學期：第3學期先修課程：程序設計基礎，數(shù)據(jù)結構與算法，計算機組成原理。適用專業(yè)：軟件服務外包專業(yè)一、教學目的和要求1、教學目的 操作系統(tǒng)是一種計算機系統(tǒng)軟件，它以有效、合理的方式組織和管理計算機的軟、硬件資源，合理組織計算機的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務功能。軟件工程師承擔軟件工程的設計、實施、配置的任務，本課程的目的是讓學生解和掌握計算機軟件和硬件功能和性能方面的知識，能夠選擇、配置和維護軟件系統(tǒng)地運行，培養(yǎng)學生計算機軟、硬件系統(tǒng)的認知、分析與應用能力。2、課程講授基本要求（1）介紹掌握操作系統(tǒng)的基本概念。（2）介紹操作系統(tǒng)的運行環(huán)境，重點介紹存儲體系，輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機制，操作系統(tǒng)與硬件和應用程序的接口。（3）詳細介紹操作系統(tǒng)中處理器、進程、存儲器的內部工作方式，以及實現(xiàn)所涉及的數(shù)據(jù)結構和算法。（4）詳細介紹文件管理和調度方法，設備分配方法及spooling技術、磁盤調度策略管理。（5）介紹操作系統(tǒng)的安全性，重點包括安全機制和安全評測標準。二、教學中應注意的問題1.對基本概念、原理和方法應重點強調和講解。2.解釋和描述中，可使用日常生活所接觸到的實際事例和圖示加以對比說明，引導學生建立概念之間、原理之間和應用之間的聯(lián)系。3.對于一些重要的結構和算法，要深入淺出，通過舉例和練習題，引導學生掌握。4.補充部分重點內容的練習題。三、教學課時分配第一章操作系統(tǒng)概述基本學時：2學時教學內容1.操作系統(tǒng)的定義、作用、功能、結構、特征；2.并發(fā)性、共享性、隨機性；3.操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史與分類；4.操作系統(tǒng)的接口和服務；5.POSIX標準、標準函數(shù)庫、系統(tǒng)調用；6.典型操作系統(tǒng)介紹：Windows、Unix、Linux等。重點操作系統(tǒng)的定義、作用、功能、結構、特征；操作系統(tǒng)的接口和服務；POSIX標準、標準函數(shù)庫、系統(tǒng)調用。難點無。講授提示注意介紹本課程在軟件工程課程體系中的作用和學習目標。習題要求無。第二章操作系統(tǒng)運行環(huán)境基本學時：6學時教學內容1.計算機系統(tǒng)層次結構（1學時）；2.存儲體系：存儲器層次、存儲保護機制（1學時）；3.處理器和特權級：處理器模式、特權指令、程序狀態(tài)字（1學時）；4.輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機制（2學時）；5.操作系統(tǒng)的啟動與引導、系統(tǒng)調用機制（1學時）。重點存儲體系，輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機制，操作系統(tǒng)與硬件和應用程序的接口。難點操作系統(tǒng)的系統(tǒng)態(tài)與用戶態(tài)的區(qū)別，中斷與陷入機制。講授提示準確理解中斷處理的基本原理對理解操作系統(tǒng)的內核機制非常重要。要讓學生理解操作系統(tǒng)如何在中斷的驅動下實現(xiàn)多道程序、處理器與外設的并發(fā)。習題要求無。第三章處理器管理基本學時：8學時教學內容1.多道程序運行技術：多道程序運行的時間關系、處理器利用率（1學時）；2.進程：進程屬性，進程狀態(tài)及轉換，進程映像及上下文環(huán)境，進程的組織、控制和管理，進程切換，操作系統(tǒng)核心與進程的關聯(lián)（4學時）；3.線程：想成模型及應用，進程與線程的比較（1學時）；4多級調度（1學時）；5處理器調度算法（1學時）。重點進程狀態(tài)及轉換，進程與線程的比較，進程調度算法。難點進程的概念，進程切換及上下文，進程調度算法。講授提示學生往往在理解進程時遇到困難，要向學生解釋清楚程序并發(fā)執(zhí)行的特點，以及如何通過進程來解決并發(fā)。習題要求讓學生結合進程控制原語，分析進程狀態(tài)及轉換。第四章進程同步、通信及死鎖基本學時：8學時教學內容1.進程的交互、協(xié)作及競爭、臨界區(qū)、臨界資源、競爭條件等（1學時）；2.進程同步與互斥：信號量及PV操作（2學時）；3.管程：解決同步互斥問題的原理（1學時）；4.進程通信：信號、管道、共享內存、消息傳遞（2學時）；5.死鎖：死鎖與饑餓、死鎖產生的條件、死鎖防止、死鎖避免、死鎖檢測和解除（2學時）。重點進程同步與互斥，進程通信，死鎖。難點信號量及PV操作。講授提示重點向學生如何介紹利用操作系統(tǒng)提供的信號量和PV原語解決進程同步問題。特別是利用實例說明進程同步問題。習題要求布置應用性習題，使學生利用所學知識解決進程同步問題。第五章存儲管理基本學時：8學時教學內容1.存儲管理的功能、程序的裝入、地址重定位、存儲共享與保護（1學時）；2.存儲管理方法：固定分區(qū)管理、可變分區(qū)管理（1學時）；3.頁式存儲管理：頁面、頁表、地址轉換、分配與回收、共享與保護、硬件提供的支持、多級頁表等（2學時）；4.段式存儲管理：段表、地址轉換與保護、邏輯地址（2學時）；5.虛擬頁式存儲管理（2學時）。重點邏輯地址、物理地址及地址轉換，存儲共享與保護，可變分區(qū)存儲管理，虛擬頁式存儲管理。難點虛擬頁式存儲管理，多級頁表，頁面置換算法。講授提示邏輯地址、物理地址及地址轉換問題是存儲管理的基本問題，也是理解虛擬存儲技術的基礎，因此作為講授重點。習題要求通過習題加深學生對頁面置換算法的理解和掌握以及加強學生對虛擬地址空間和物理地址空間的理解。第六章文件管理基本學時：8學時教學內容1.文件系統(tǒng)、文件管理、文件分類、文件類系統(tǒng)調用（1學時）；2.文件：文件存取方法、文件邏輯結構、文件物理結構、多重索引文件結構（3學時）；3.文件目錄：文件控制塊FCB與目錄項、文件目錄與目錄文件、多級目錄結構、文件檢索、文件共享、文件保護和保密（2學時）；4.文件系統(tǒng)的實現(xiàn)：文件系統(tǒng)內部結構、磁盤空間管理、內存映射文件、虛擬文件系統(tǒng)（2學時）。重點文件物理結構，樹形目錄結構的實現(xiàn)，文件的目錄與共享，文件系統(tǒng)的實現(xiàn)，文件操作的原理。難點多級樹形目錄結構的實現(xiàn)與檢索，文件或目錄的基本操作的實現(xiàn)，文件共享原理及實現(xiàn)。講授提示應詳細介紹文件系統(tǒng)調用、文件目錄管理與共享的原理和實現(xiàn)。習題要求結合實際問題分析不同文件結構的特點，文件共享和保護的實現(xiàn)方法。第七章設備管理基本學時：6學時教學內容1.設備管理功能、設備獨立性、設備分類（1學時）；2.輸入輸出硬件原理、輸入輸出軟件原理；緩沖技術：單緩沖、雙緩沖、多緩沖（2學時）；3.磁盤驅動調度獨立磁盤冗余陣列、虛擬設備（2學時）；4.設備分配和回收、SPOOLing系統(tǒng)工作原理（1學時）。重點輸入輸出設備管理功能，設備獨立性，緩沖技術，磁盤調度算法。難點磁盤調度算法。講授提示設備管理是操作系統(tǒng)與應用技術關系最密切的部分之一。許多學生畢業(yè)后從事設備驅動程序的開發(fā)，所以有必要引導學生對設備管理的基本概念、設備驅動模型和輸入輸出軟件結構有比較透徹的理解。習題要求布置習題，使學生加深對磁盤調度算法的理解。第八章安全與保護基本學時：2學時教學內容1.安全性和可靠性需求（1學時）；2.安全模型、安全機制、安全策略、安全評測標準。（1學時）。重點安全機制，安全評測標準。難點訪問控制的特點，以及在實際操作系統(tǒng)中的應用。講授提示可以與聯(lián)系具體的操作系統(tǒng)，介紹安全機制的原理以及應用。習題要求無。四、學時分配表學時分配表章節(jié)名稱學時分配(學時)授課實驗上機討論備注操作系統(tǒng)概述2操作系統(tǒng)運行環(huán)境6處理器管理8進程同步、通信及死鎖8