《操作系統(tǒng)》教學(xué)大綱

操作系統(tǒng)PAGE1《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)大綱目錄一、教學(xué)目的和要求 1二、教學(xué)中應(yīng)注意的問題 2三、教學(xué)課時(shí)分配 2課程名稱：操作系統(tǒng)學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)課程類型：必修課程性質(zhì)：軟件服務(wù)外包專業(yè)的基礎(chǔ)課程開課學(xué)期：第3學(xué)期先修課程：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，計(jì)算機(jī)組成原理。適用專業(yè)：軟件服務(wù)外包專業(yè)一、教學(xué)目的和要求1、教學(xué)目的 操作系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，它以有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能。軟件工程師承擔(dān)軟件工程的設(shè)計(jì)、實(shí)施、配置的任務(wù)，本課程的目的是讓學(xué)生解和掌握計(jì)算機(jī)軟件和硬件功能和性能方面的知識，能夠選擇、配置和維護(hù)軟件系統(tǒng)地運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的認(rèn)知、分析與應(yīng)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(yùn)行環(huán)境，重點(diǎn)介紹存儲體系，輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機(jī)制，操作系統(tǒng)與硬件和應(yīng)用程序的接口。（3）詳細(xì)介紹操作系統(tǒng)中處理器、進(jìn)程、存儲器的內(nèi)部工作方式，以及實(shí)現(xiàn)所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。（4）詳細(xì)介紹文件管理和調(diào)度方法，設(shè)備分配方法及spooling技術(shù)、磁盤調(diào)度策略管理。（5）介紹操作系統(tǒng)的安全性，重點(diǎn)包括安全機(jī)制和安全評測標(biāo)準(zhǔn)。二、教學(xué)中應(yīng)注意的問題1.對基本概念、原理和方法應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)和講解。2.解釋和描述中，可使用日常生活所接觸到的實(shí)際事例和圖示加以對比說明，引導(dǎo)學(xué)生建立概念之間、原理之間和應(yīng)用之間的聯(lián)系。3.對于一些重要的結(jié)構(gòu)和算法，要深入淺出，通過舉例和練習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生掌握。4.補(bǔ)充部分重點(diǎn)內(nèi)容的練習(xí)題。三、教學(xué)課時(shí)分配第一章操作系統(tǒng)概述基本學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.操作系統(tǒng)的定義、作用、功能、結(jié)構(gòu)、特征；2.并發(fā)性、共享性、隨機(jī)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(wù)；5.POSIX標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫、系統(tǒng)調(diào)用；6.典型操作系統(tǒng)介紹：Windows、Unix、Linux等。重點(diǎn)操作系統(tǒng)的定義、作用、功能、結(jié)構(gòu)、特征；操作系統(tǒng)的接口和服務(wù)；POSIX標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫、系統(tǒng)調(diào)用。難點(diǎn)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(xué)習(xí)目標(biāo)。習(xí)題要求無。第二章操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境基本學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)（1學(xué)時(shí)）；2.存儲體系：存儲器層次、存儲保護(hù)機(jī)制（1學(xué)時(shí)）；3.處理器和特權(quán)級：處理器模式、特權(quán)指令、程序狀態(tài)字（1學(xué)時(shí)）；4.輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機(jī)制（2學(xué)時(shí)）；5.操作系統(tǒng)的啟動與引導(dǎo)、系統(tǒng)調(diào)用機(jī)制（1學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)存儲體系，輸入輸出系統(tǒng)、中斷與陷入機(jī)制，操作系統(tǒng)與硬件和應(yīng)用程序的接口。難點(diǎn)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(jī)制。講授提示準(zhǔn)確理解中斷處理的基本原理對理解操作系統(tǒng)的內(nèi)核機(jī)制非常重要。要讓學(xué)生理解操作系統(tǒng)如何在中斷的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)多道程序、處理器與外設(shè)的并發(fā)。習(xí)題要求無。第三章處理器管理基本學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.多道程序運(yùn)行技術(shù)：多道程序運(yùn)行的時(shí)間關(guān)系、處理器利用率（1學(xué)時(shí)）；2.進(jìn)程：進(jìn)程屬性，進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換，進(jìn)程映像及上下文環(huán)境，進(jìn)程的組織、控制和管理，進(jìn)程切換，操作系統(tǒng)核心與進(jìn)程的關(guān)聯(lián)（4學(xué)時(shí)）；3.線程：想成模型及應(yīng)用，進(jìn)程與線程的比較（1學(xué)時(shí)）；4多級調(diào)度（1學(xué)時(shí)）；5處理器調(diào)度算法（1學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換，進(jìn)程與線程的比較，進(jìn)程調(diào)度算法。難點(diǎn)進(jìn)程的概念，進(jìn)程切換及上下文，進(jìn)程調(diào)度算法。講授提示學(xué)生往往在理解進(jìn)程時(shí)遇到困難，要向?qū)W生解釋清楚程序并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)，以及如何通過進(jìn)程來解決并發(fā)。習(xí)題要求讓學(xué)生結(jié)合進(jìn)程控制原語，分析進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換。第四章進(jìn)程同步、通信及死鎖基本學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.進(jìn)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(xué)時(shí)）；2.進(jìn)程同步與互斥：信號量及PV操作（2學(xué)時(shí)）；3.管程：解決同步互斥問題的原理（1學(xué)時(shí)）；4.進(jìn)程通信：信號、管道、共享內(nèi)存、消息傳遞（2學(xué)時(shí)）；5.死鎖：死鎖與饑餓、死鎖產(chǎn)生的條件、死鎖防止、死鎖避免、死鎖檢測和解除（2學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)進(jìn)程同步與互斥，進(jìn)程通信，死鎖。難點(diǎn)信號量及PV操作。講授提示重點(diǎn)向?qū)W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(jìn)程同步問題。特別是利用實(shí)例說明進(jìn)程同步問題。習(xí)題要求布置應(yīng)用性習(xí)題，使學(xué)生利用所學(xué)知識解決進(jìn)程同步問題。第五章存儲管理基本學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)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(hù)（1學(xué)時(shí)）；2.存儲管理方法：固定分區(qū)管理、可變分區(qū)管理（1學(xué)時(shí)）；3.頁式存儲管理：頁面、頁表、地址轉(zhuǎn)換、分配與回收、共享與保護(hù)、硬件提供的支持、多級頁表等（2學(xué)時(shí)）；4.段式存儲管理：段表、地址轉(zhuǎn)換與保護(hù)、邏輯地址（2學(xué)時(shí)）；5.虛擬頁式存儲管理（2學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)邏輯地址、物理地址及地址轉(zhuǎn)換，存儲共享與保護(hù)，可變分區(qū)存儲管理，虛擬頁式存儲管理。難點(diǎn)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(zhuǎn)換問題是存儲管理的基本問題，也是理解虛擬存儲技術(shù)的基礎(chǔ)，因此作為講授重點(diǎn)。習(xí)題要求通過習(xí)題加深學(xué)生對頁面置換算法的理解和掌握以及加強(qiáng)學(xué)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(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.文件系統(tǒng)、文件管理、文件分類、文件類系統(tǒng)調(diào)用（1學(xué)時(shí)）；2.文件：文件存取方法、文件邏輯結(jié)構(gòu)、文件物理結(jié)構(gòu)、多重索引文件結(jié)構(gòu)（3學(xué)時(shí)）；3.文件目錄：文件控制塊FCB與目錄項(xiàng)、文件目錄與目錄文件、多級目錄結(jié)構(gòu)、文件檢索、文件共享、文件保護(hù)和保密（2學(xué)時(shí)）；4.文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：文件系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁盤空間管理、內(nèi)存映射文件、虛擬文件系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)文件物理結(jié)構(gòu)，樹形目錄結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，文件的目錄與共享，文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，文件操作的原理。難點(diǎn)多級樹形目錄結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)與檢索，文件或目錄的基本操作的實(shí)現(xiàn)，文件共享原理及實(shí)現(xiàn)。講授提示應(yīng)詳細(xì)介紹文件系統(tǒng)調(diào)用、文件目錄管理與共享的原理和實(shí)現(xiàn)。習(xí)題要求結(jié)合實(shí)際問題分析不同文件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，文件共享和保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法。第七章設(shè)備管理基本學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.設(shè)備管理功能、設(shè)備獨(dú)立性、設(shè)備分類（1學(xué)時(shí)）；2.輸入輸出硬件原理、輸入輸出軟件原理；緩沖技術(shù)：單緩沖、雙緩沖、多緩沖（2學(xué)時(shí)）；3.磁盤驅(qū)動調(diào)度獨(dú)立磁盤冗余陣列、虛擬設(shè)備（2學(xué)時(shí)）；4.設(shè)備分配和回收、SPOOLing系統(tǒng)工作原理（1學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)輸入輸出設(shè)備管理功能，設(shè)備獨(dú)立性，緩沖技術(shù)，磁盤調(diào)度算法。難點(diǎn)磁盤調(diào)度算法。講授提示設(shè)備管理是操作系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)關(guān)系最密切的部分之一。許多學(xué)生畢業(yè)后從事設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)，所以有必要引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)備管理的基本概念、設(shè)備驅(qū)動模型和輸入輸出軟件結(jié)構(gòu)有比較透徹的理解。習(xí)題要求布置習(xí)題，使學(xué)生加深對磁盤調(diào)度算法的理解。第八章安全與保護(hù)基本學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1.安全性和可靠性需求（1學(xué)時(shí)）；2.安全模型、安全機(jī)制、安全策略、安全評測標(biāo)準(zhǔn)。（1學(xué)時(shí)）。重點(diǎn)安全機(jī)制，安全評測標(biāo)準(zhǔn)。難點(diǎn)訪問控制的特點(diǎn)，以及在實(shí)際操作系統(tǒng)中的應(yīng)用。講授提示可以與聯(lián)系具體的操作系統(tǒng)，介紹安全機(jī)制的原理以及應(yīng)用。習(xí)題要求無。四、學(xué)時(shí)分配表學(xué)時(shí)分配表章節(jié)名稱學(xué)時(shí)分配(學(xué)時(shí))授課實(shí)驗(yàn)上機(jī)討論備注操作系統(tǒng)概述2操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境6處理器管理8進(jìn)程同步、通信及死鎖8