《Linux編程及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《Linux編程及應(yīng)用》教學(xué)大綱一、課程概述課程名稱Linux編程及應(yīng)用英文名稱LinuxProgrammingandApplication課程性質(zhì)專業(yè)選修課課程代碼22124025總學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)理論24學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)學(xué)分2開課學(xué)期第六學(xué)期先修課程程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)適用專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)開課單位計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院二、課程簡(jiǎn)介本課程是軟件工程專業(yè)一門選修的專業(yè)特設(shè)課程。Linux操作系統(tǒng)是當(dāng)今世界上最重要的系統(tǒng)軟件之一，既是熱門的工作環(huán)境，也是活躍的研究對(duì)象，并廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。本課程采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，對(duì)Linux下應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)思想、開發(fā)特點(diǎn)、開發(fā)手段進(jìn)行介紹，鍛煉學(xué)生在Linux下設(shè)計(jì)和開發(fā)原生應(yīng)用程序的實(shí)踐能力。本課程對(duì)Linux下應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)思想、開發(fā)特點(diǎn)、開發(fā)手段進(jìn)行介紹，并重點(diǎn)講述文件I/O、目錄操作、進(jìn)程控制、線程控制、多任務(wù)同步與通信等POSIXAPI的使用方法和編程技巧，為今后的研修、工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：（工具使用）熟悉Linux核心版本和主要發(fā)行版本，能用虛擬機(jī)等多種方式安裝Linux系統(tǒng)，能在Linux系統(tǒng)下運(yùn)用命令行方式管理和維護(hù)系統(tǒng)。（支撐畢業(yè)要求5.3）課程目標(biāo)2：（問題解決）能運(yùn)用Linux系統(tǒng)下各種工具，解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題，提高工作效率。（支撐畢業(yè)要求2.2）課程目標(biāo)3：（自主學(xué)習(xí)）引導(dǎo)學(xué)生利用Linux幫助文檔、查閱文獻(xiàn)等，學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能，適應(yīng)新的挑戰(zhàn)。（支撐畢業(yè)要求12.1）四、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐表4-1課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1232工程問題分析2.2能夠利用多種資源開展文獻(xiàn)檢索、查詢和研究分析，明確復(fù)雜軟件工程項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心問題，形成解決方案并進(jìn)行正確表達(dá)。H5現(xiàn)代工具的使用5.3能夠結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的背景和科學(xué)原理，理解技術(shù)、資源、工具在軟件工程實(shí)踐中的局限性。H12終身學(xué)習(xí)12.1能認(rèn)識(shí)到軟件工程技術(shù)發(fā)展的快速性及應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性和必要性，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)。H注：分別用“H、M、L”對(duì)應(yīng)表示“高、中、低”支撐。五、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施手段表5-1教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度要求章號(hào)小節(jié)內(nèi)容要求具體要求學(xué)生成果課程目標(biāo)學(xué)時(shí)一、Linux基礎(chǔ)2(操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介和主流操作系統(tǒng)的發(fā)展認(rèn)知操作系統(tǒng)的主要功能能描述主流操作系統(tǒng)的類別和應(yīng)用31主流操作系統(tǒng)的類別主流操作系統(tǒng)的發(fā)展和演進(jìn)Linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介和安裝理解Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展能多種方式安裝Linux操作系統(tǒng)11Linux系統(tǒng)的版本Linux系統(tǒng)的安裝方式二、文件及目錄管理4文件和I/O操作分類理解圖文接口切換進(jìn)行文件和I/O操作20.5命令行基本原理常用命令和幫助命令Linux文件系統(tǒng)概述理解Linux文件系統(tǒng)基本原理掌握Linux文件系統(tǒng)20.5目錄和文件操作常用命令文件的讀寫理解正則表達(dá)式、重定向和管道的用法讀寫文件21文件屬性及相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用理解獲取文件屬性；修改文件權(quán)限；改變文件大小能掌握不同文件屬性及相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用1目錄操作理解Linux文件系統(tǒng)基本原理目錄和文件操作常用命令管理Linux系統(tǒng)下目錄和文件1三、進(jìn)程管理3Linux可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與進(jìn)程結(jié)構(gòu)理解Linux可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；Linux系統(tǒng)的進(jìn)程結(jié)構(gòu)；進(jìn)程樹Linux可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與進(jìn)程結(jié)構(gòu)11進(jìn)程的環(huán)境和進(jìn)程屬性理解進(jìn)程的環(huán)境；進(jìn)程的狀態(tài)；進(jìn)程的基本屬性；進(jìn)程的用戶屬性進(jìn)程的環(huán)境和進(jìn)程屬性20.5進(jìn)程管理理解創(chuàng)建進(jìn)程；在進(jìn)程中運(yùn)行新代碼能進(jìn)行進(jìn)程管理1Linux中的特殊進(jìn)程理解孤兒進(jìn)程；僵尸進(jìn)程；守護(hù)進(jìn)程；出錯(cuò)記錄Linux中的特殊進(jìn)程0.5四、重定向與管道2重定向和管道命令理解重定向命令；管道命令重定向和管道命令10.5實(shí)現(xiàn)重定向理解重定向的實(shí)施者；實(shí)現(xiàn)重定向的前提條件實(shí)現(xiàn)重定向0.5管道編程理解匿名管道；命名管道進(jìn)行管道編程1五、信號(hào)2信號(hào)概述理解信號(hào)的來源和處理過程；信號(hào)的處理方式熟練掌握信號(hào)的概念10.5信號(hào)處理函數(shù)理解Signal函數(shù)；sigaction函數(shù)了解不同的信號(hào)處理函數(shù)1信號(hào)其他相關(guān)函數(shù)理解Kill與raise；alarm與pause了解信號(hào)其他相關(guān)函數(shù)0.5六、線程管理3選擇進(jìn)程間通信方式理解文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信；命名管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信選擇進(jìn)程間通信方式20.5共享內(nèi)存理解共享內(nèi)存相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用；共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信理解共享內(nèi)存及其應(yīng)用20.5信號(hào)量理解信號(hào)量及相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用；使用信號(hào)量控制對(duì)共享內(nèi)存的訪問掌握信號(hào)量的概念及使用20.5SystemVIPC理解Linux中的進(jìn)程通信機(jī)制；IPC的標(biāo)識(shí)符和鍵掌握SystemVIPC0.5消息隊(duì)列理解消息隊(duì)列相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用；使用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信掌握消息隊(duì)列的概念及使用1七、線程間的同步機(jī)制4互斥鎖理解互斥鎖基本操作；互斥做應(yīng)用掌握互斥鎖的概念及使用21條件變量理解條件變量基本操作；條件變量應(yīng)用掌握條件變量量的概念及使用1讀寫鎖理解讀寫鎖基本操作；讀寫鎖應(yīng)用掌握讀寫鎖的概念及使用21線程與信號(hào)理解線程信號(hào)管理；線程信號(hào)應(yīng)用掌握線程與信號(hào)的概念及使用1八、網(wǎng)絡(luò)編程4網(wǎng)絡(luò)通信原理理解TCP/IP參考模型；TCP協(xié)議；UDP協(xié)議掌握網(wǎng)絡(luò)通信原理11套接字理解套接字編程接口；套接字通信流程掌握套接字的概念0.5套接字基礎(chǔ)理解套接字地址結(jié)構(gòu)；字節(jié)順序；字節(jié)處理函數(shù)掌握套接字的基礎(chǔ)信息0.5套接字編程理解基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信；基于UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信；掌握基于兩種協(xié)議的編程方法2表5-2實(shí)驗(yàn)/上機(jī)部分教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)/上機(jī)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)必做/選做課程目標(biāo)1文件IO實(shí)驗(yàn)熟悉常用的文件操作函數(shù)open、close、read、write和lseek等的使用；熟悉對(duì)文件各種屬性值的訪問及文件目錄的遍歷的方法。驗(yàn)證性2必做22進(jìn)程控制實(shí)驗(yàn)掌握常用的進(jìn)程控制命令，如ps、pstree、top等；掌握進(jìn)程管理過程中的常用系統(tǒng)調(diào)用，包括fork、eXec族、exit，wait等函數(shù)；熟悉kill命令、system函數(shù)等與進(jìn)程相關(guān)的命令或函數(shù)；掌握僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程產(chǎn)生的原因，能畫出程序所產(chǎn)生的進(jìn)程結(jié)構(gòu)樹；掌握守護(hù)進(jìn)程的編寫要點(diǎn)，能夠仿寫出守護(hù)進(jìn)程驗(yàn)證性2必做13線程同步實(shí)驗(yàn)理解線程同步機(jī)制；掌握使用互斥鎖實(shí)現(xiàn)線程間的同步的方法；掌握使用條件變量實(shí)現(xiàn)線程間的同步的方法；掌握使用讀寫鎖實(shí)現(xiàn)線程間的同步的方法；掌握使用信號(hào)實(shí)現(xiàn)線程間的同步的方法綜合性2必做24網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)理解TCP/IP協(xié)議基本原理；掌握Linux下套接字編程的基本方法；掌握基于TCP的網(wǎng)絡(luò)通信方法；掌握基于UDP的網(wǎng)絡(luò)通信方法；掌握Linux中字節(jié)處理函數(shù)的使用方法綜合性2必做2表5-3課程實(shí)施手段序號(hào)采用方法和手段具體目標(biāo)1講授法：課堂教學(xué)采用多媒體課件、電子教案、傳統(tǒng)教學(xué)方法和線上教學(xué)輔助結(jié)合幫助學(xué)生建立課程知識(shí)體系大綱，掌握學(xué)習(xí)路徑2練習(xí)法：主要用在課堂作業(yè)和實(shí)驗(yàn)中，通過設(shè)置與教學(xué)進(jìn)度適應(yīng)的習(xí)題幫助學(xué)生熟練掌握Linux下編程方式和常用命令3任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：主要用于實(shí)驗(yàn)和課后作業(yè)，通過布置探究性的學(xué)習(xí)任務(wù)讓學(xué)生自主分工、查閱資料、研究分析與制作匯報(bào)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力六、課程思政表6-1課程思政內(nèi)容課程思政教學(xué)內(nèi)容=1\*GB3①誠信：認(rèn)真付出，努力做事，堅(jiān)持科學(xué)觀和實(shí)事求是精神。=2\*GB3②友善：保持平和、寬容的心去對(duì)人做事，團(tuán)結(jié)協(xié)作，尊長(zhǎng)愛幼。=3\*GB3③愛崗：富有不斷學(xué)習(xí)和探索進(jìn)取的工作態(tài)度，熱愛本專業(yè)。=4\*GB3④敬業(yè)：做事可以吃苦耐勞，工作能夠精益求精。表6-2課程思政具體案例序號(hào)所屬章節(jié)/案例名稱案例教學(xué)目標(biāo)思政元素1第一章第一節(jié)Linux系統(tǒng)發(fā)展及安裝熟悉Linux系統(tǒng)核心版本和發(fā)行版本，能通過虛擬機(jī)等多種方式安裝Linux系統(tǒng)。誠信、愛崗：布置文獻(xiàn)閱讀和實(shí)驗(yàn)安裝學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生誠實(shí)守信完成；通過介紹Linux創(chuàng)始人主要事跡，激發(fā)學(xué)生專業(yè)熱情，鼓勵(lì)自主探索和鉆研系統(tǒng)軟件開發(fā)，打造國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件。2第二章第四節(jié)文件權(quán)限管理熟悉Linux系統(tǒng)用戶類別；掌握Linux同文件權(quán)限機(jī)制；掌握文件權(quán)限設(shè)置方法。友善、敬業(yè)：通過介紹Linux系統(tǒng)用戶權(quán)限，讓學(xué)生明白一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部合作分工明確，互相協(xié)作才能達(dá)成目標(biāo)；通過學(xué)習(xí)Linux文件權(quán)限管理，牢固樹立學(xué)生安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，正確使用和設(shè)計(jì)軟件。七、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定1、考核方法本課程考核采用平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)+期末考試的綜合考核方式，即：總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)*20%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)*20%+期末考試成績(jī)*60%平時(shí)成績(jī)分為4部分：作業(yè)（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）。各考核環(huán)節(jié)及權(quán)重如表7-1所示。表7-1考核環(huán)節(jié)及權(quán)重表項(xiàng)目名稱課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)及成績(jī)占比（%）課程目標(biāo)權(quán)重（%）課堂表現(xiàn)（1）課后作業(yè)（2）實(shí)驗(yàn)成績(jī)（3）期末考試（4）課程目標(biāo)12482539課程目標(biāo)22482539課程目標(biāo)36241022成績(jī)合計(jì)（%）101020601002、考核內(nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)=1\*GB3①平時(shí)成績(jī)：占總成績(jī)的20%，其中課堂表現(xiàn)占10%，課后作業(yè)占10%。課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生到課情況、課堂參與積極度等。課后作業(yè)不少于五次，主要以教師出課題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)為主，學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)等方式完成，主要考查學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、完成的準(zhǔn)確性等。=2\*GB3②實(shí)驗(yàn)成績(jī)：占總成績(jī)的20%。課程實(shí)驗(yàn)不少于五次，主要考查實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)過程的正確性、實(shí)驗(yàn)的完成度等。③期末考試：占總成績(jī)60%。一般以大作業(yè)、調(diào)研報(bào)告或課程論文形式進(jìn)行，由教師提供考查要求，限時(shí)學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)并提交考查文檔。3、按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)校人才培養(yǎng)要求，考核以學(xué)生能力是否有效達(dá)成為基準(zhǔn)。為保障學(xué)生課程培養(yǎng)能力的達(dá)成，規(guī)定期末考試卷面成績(jī)應(yīng)高于一定分?jǐn)?shù)。4、考核周期為一個(gè)學(xué)年。為使評(píng)價(jià)結(jié)果盡快反饋給各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，促使各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)盡快改進(jìn)，保證教學(xué)效果的快速提升，課程考核成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)每學(xué)年進(jìn)行1次。5、考核依據(jù)《計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)實(shí)施辦法》文件進(jìn)行。八、課程質(zhì)量評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)課程結(jié)束后由課程責(zé)任人以定量和定性評(píng)價(jià)方法，針對(duì)具體課程目標(biāo)形成文字或圖表形式的報(bào)告，針對(duì)學(xué)生個(gè)體和整體的學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析；課程目標(biāo)達(dá)成與課程在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的具體環(huán)節(jié)任務(wù)的達(dá)成相關(guān)性分析；對(duì)以上各薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行原因分析，提供持續(xù)改進(jìn)建議，并由學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)進(jìn)行審核。針對(duì)學(xué)生個(gè)體和整體的課程目標(biāo)評(píng)價(jià)方法如下：1、課程考核成績(jī)算分評(píng)價(jià)法：課程目標(biāo)達(dá)成度算分評(píng)價(jià)法是以參加課程學(xué)習(xí)的所有學(xué)生獲得課程成績(jī)?yōu)闃颖?，?duì)支撐畢業(yè)要求中各個(gè)指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)進(jìn)行達(dá)成情況評(píng)價(jià)，要由任課教師、課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)值計(jì)算按下面公式進(jìn)行：課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)值QUOTEi=1kDiZi上式中k是該課程目標(biāo)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)數(shù)，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)有平時(shí)過程考核、課后作業(yè)、大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考試等（具體的依據(jù)考核審核表確定）;z??是第??個(gè)評(píng)價(jià)方式的總分值，????是為學(xué)生在第??個(gè)評(píng)價(jià)方式上的得分，????是第??個(gè)評(píng)價(jià)方式在該課程目標(biāo)評(píng)價(jià)中的占比。2、針對(duì)學(xué)生課程目標(biāo)未達(dá)成者，通過優(yōu)秀學(xué)生與其溝通交流及任課教師進(jìn)一步專題輔導(dǎo)改進(jìn)；整體達(dá)成度較差部分，任課教師通過抽查與學(xué)生交流、分析問題，作進(jìn)一步教學(xué)內(nèi)容及方法的改善。九、教材與主要參考資料1.教材：黃茹，王小銀，張麗麗．Linux環(huán)境高級(jí)程序設(shè)計(jì)．北京：清華大學(xué)出