計算機操作系統(tǒng)實驗指導課程實踐教學大綱

《計算機操作系統(tǒng)》課程實踐教學大綱課程編號開課學院課程類別通識教育大類基礎(chǔ)專業(yè)必修專業(yè)選修適用專業(yè)計算機科學與技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程網(wǎng)絡(luò)工程軟件工程課程名稱文操作系統(tǒng)課程實踐英文prehensivePracticeofOperatingSystem學時學分學分實踐學分總學時理論教學實驗教學是否3636課程概述總體課程目的本課程屬于計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科生地專業(yè)教學課程,是《操作系統(tǒng)原理》課程地配套實踐課程。通過本課程地學習,主要達到以下地目地:在課程地實驗層面上,讓學生切實融入實現(xiàn)細節(jié),深入理解操作系統(tǒng)關(guān)鍵部件地具體實現(xiàn)機制,橫向體會操作系統(tǒng)設(shè)計思想地實現(xiàn)方法。通過實際操作加深學生對計算機操作系統(tǒng)概念,基本原理地理解與掌握。一方面培養(yǎng)學生對計算機常用操作系統(tǒng)地操作能力,另一方面培養(yǎng)學生分析,修改與設(shè)計操作系統(tǒng)地能力。期望達到學為所用,并且能進一步提高使用計算機與編程能力。前導課程,知識結(jié)構(gòu)及能力要求前導課程:《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》,《計算機組成原理》,《C語言程序設(shè)計》,《操作系統(tǒng)原理》知識結(jié)構(gòu)及能力要求:要求學生通過前導課程地學習,具有較好地數(shù)學基礎(chǔ)理論知識,基本地程序設(shè)計思想與算法分析地能力,能夠應(yīng)用這些知識進行簡單地具體問題地解決,并具備初步地程序錯誤調(diào)試與實驗結(jié)果地分析能力,學生只有掌握了先修課程地基本理論與方法,才能結(jié)合本課程操作系統(tǒng)設(shè)計地實際應(yīng)用場景與問題,進行復(fù)雜工程地問題分析,方案提出,方案優(yōu)化,從而解決問題。三,課程結(jié)構(gòu)說明（一）教學總體安排本課程設(shè)計以學習操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與各個組成部分為目地,主要內(nèi)容是內(nèi)核編譯,內(nèi)核模塊編寫,系統(tǒng)調(diào)用學習,文件系統(tǒng)設(shè)計,設(shè)備驅(qū)動設(shè)計等。教學采用在實驗室集輔導與學生獨立設(shè)計開發(fā)相結(jié)合地方法。（二）課程重點內(nèi)容本課程地重點是通過學習,使學生熟悉并掌握操作系統(tǒng)地內(nèi)核模塊機制,系統(tǒng)調(diào)用機制,文件系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu),設(shè)備驅(qū)動編寫方法等,并可以根據(jù)實際應(yīng)用場景進行方案設(shè)計與調(diào)整。通過這些內(nèi)容地學習,應(yīng)掌握操作系統(tǒng)基礎(chǔ)理論,基本方法與設(shè)計,解決操作系統(tǒng)設(shè)計問題地求解。（三）課程難點內(nèi)容本課程地難點是針對實際應(yīng)用問題,從操作系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與組成模塊角度出發(fā),運用所學內(nèi)容設(shè)計與調(diào)整操作系統(tǒng)設(shè)計方案,以符合復(fù)雜實際場景調(diào)度需要。（四）學習內(nèi)容,教學環(huán)節(jié)與課程目的對應(yīng)關(guān)系具體地課程學習內(nèi)容,教學環(huán)節(jié)與課程教學目的地對應(yīng)關(guān)系如下:表1:具體課程學習內(nèi)容,教學環(huán)節(jié)與課程目的對應(yīng)關(guān)系表序號實驗項目學時實驗?zāi)康丶白⒁鈨?nèi)容實驗類型1Linux內(nèi)核編譯6學習閱讀Linux內(nèi)核代碼,查看內(nèi)核版本與運行狀況;學會編譯,安裝Linux內(nèi)核,要求能夠把當前實驗用計算機上地Linux內(nèi)核替換成老師指定地內(nèi)核,并驗證修改后地內(nèi)核版本號。驗證2系統(tǒng)調(diào)用4學習Linux內(nèi)核地系統(tǒng)調(diào)用,掌握系統(tǒng)調(diào)用地實現(xiàn)框架,參數(shù)傳遞,進入/返回過程。學會兩種方法添加系統(tǒng)調(diào)用:通過添加系統(tǒng)調(diào)用號地方式添加系統(tǒng)調(diào)用;通過添加內(nèi)核模塊地方法添加一個系統(tǒng)調(diào)用。綜合3虛擬內(nèi)存管理6學習虛擬內(nèi)存地基本原理與Linux虛擬內(nèi)存管理技術(shù);深入理解,掌握Linux按需調(diào)頁過程;編寫程序,統(tǒng)計從當前時刻起,一段時間內(nèi)操作系統(tǒng)發(fā)生缺頁斷地次數(shù)。驗證4內(nèi)核模塊4理解Linux內(nèi)核模塊機制;編寫一個簡單地內(nèi)核模塊;實現(xiàn)將多個源文件合并到一個內(nèi)核模塊,運用到lsmod,insmod,rmmod等操作。綜合5文件系統(tǒng)8分析文件系統(tǒng)close與write操作;添加一個類似于ext2地自定義文件系統(tǒng)myext2。綜合6設(shè)備驅(qū)動程序模擬8學習Linux下設(shè)備驅(qū)動程序地編寫,安裝及調(diào)用方法:編寫一個簡單地模擬設(shè)備驅(qū)動程序,編譯成內(nèi)核模塊,并將之裝載到內(nèi)存,編寫程序調(diào)用該模塊,最后卸載該內(nèi)核模塊。綜合四,課程教學結(jié)構(gòu)課程知識結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)課程設(shè)計是操作系統(tǒng)原理課程地延伸,要求學生在理解與掌握操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)地基礎(chǔ)上,進行操作系統(tǒng)模塊地設(shè)計,編寫與調(diào)試。明確課程涉及地學科知識領(lǐng)域,知識單元,每個知識單元由哪些知識點構(gòu)成以及每個知識單元地學習目的,明確核心知識點與擴展性知識點,必講要求與選講及自學要求。課程學時分布。本課程總體上由以下知識單元構(gòu)成:表2:課程知識結(jié)構(gòu)與學習目的知識單元知識點學習目的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核模塊機制系統(tǒng)調(diào)用掌握Linux內(nèi)核編譯,可以編譯新版本地內(nèi)核;掌握內(nèi)核模塊機制,可以通過內(nèi)核模塊實現(xiàn)所需要地功能;掌握系統(tǒng)調(diào)用地實現(xiàn)框架,進入/返回過程。進程管理進程創(chuàng)建進程終止掌握創(chuàng)建進程地方法,可使用fork()與使用clone()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建子進程并比較其差別;理解Linux地進程終止,閱讀有關(guān)代碼。內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存管理掌握虛擬內(nèi)存地基本原理與技術(shù);通過編程統(tǒng)計一段時間內(nèi)操作系統(tǒng)發(fā)生缺頁斷地次數(shù)。文件系統(tǒng)/proc文件系統(tǒng)ext2文件系統(tǒng)掌握/proc文件系統(tǒng),并實現(xiàn)一個簡單應(yīng)用;分析ext2文件系統(tǒng),并添加一個自定義文件系統(tǒng)設(shè)備管理設(shè)備驅(qū)動掌握Linux下設(shè)備驅(qū)動程序地編寫,安裝及調(diào)用方法,編寫簡單設(shè)備驅(qū)動程序。五,考核形式及要求（一）課程考核要求該課程考察學生對于操作系統(tǒng)設(shè)計思想地掌握程度,考察問題求解,方案設(shè)計,團隊協(xié)作,撰寫實驗報告,利用現(xiàn)代工具主動學習等能力。（二）成績評定方法本課程通過現(xiàn)場檢查程序代碼,聽取口頭匯報,檢查實驗報告等方法進行實驗成績地評定。（三）成績評定標準本課程僅包括實驗環(huán)節(jié),評價標準與課程目的對應(yīng)關(guān)系如下表:表3:課程考核實驗教學評價表教學目的目的1:掌握操作系統(tǒng)地基本原理與系統(tǒng)內(nèi)核地組成,能夠運用所學知識解決有關(guān)地應(yīng)用問題,并對所采用地解決方案進行有效地分析與評價。目的2:具備基本地操作系統(tǒng)實驗驗證能力,能夠?qū)Σ僮飨到y(tǒng)各功能模塊進行模擬實現(xiàn),并能夠完成簡單地綜合性實驗。目的3:能夠就實驗過程及實驗結(jié)果撰寫較為規(guī)范地實驗報告,清晰表達實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法?？疾辄c程序代碼,實驗報告,口頭匯報程序代碼實驗報告占比60%20%20%優(yōu)4完成全部上機練習題,并能在實驗報告或口頭匯報深入全面評價與分析所采用地解決方案全面理解并滿足所有實驗要求,所有地上機代碼調(diào)試正確,性能良好,具有良好地用戶界面;全部完成綜合性實驗。實驗報告規(guī)范,能對實驗涉及地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法進行有效分析;能清晰表達實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法。良3完成80%以上地上機題,并能在實驗報告或口頭匯報合理評價與分析所采用地解決方案較全面理解并滿足80%地實驗要求,上機代碼調(diào)試正確,性能良好,具有良好地用戶界面,完成三分之二地綜合性實驗實驗報告較規(guī)范,能對實驗涉及地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法進行有效分析;能較清晰地表達實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法。2完成70%以上地上機題,實驗報告或口頭匯報有簡單地分析評價。理解并滿足70%地實驗要求,上機代碼正確,性能一般,具有簡單地用戶界面,完成三分之一地綜合性實驗實驗報告較規(guī)范,能對實驗涉及地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法進行簡單分析;能簡單敘述實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法。及格1完成必做地上機題,實驗報告或口頭匯報地缺少分析評價部分基本理解實驗要求,實驗代碼基本正確,達到實驗設(shè)置地最低要求。實驗報告基本規(guī)范,對實驗涉及地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法做了分析,但不全面;實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法有簡單描述。不及格0未完成必做地上機題,缺少實驗報告或口頭匯報對上機實驗要求理解不正確,上機實驗代碼未經(jīng)調(diào)試或運行結(jié)果不正確。實驗報告不合規(guī)范,對實驗結(jié)果分析不全面;實驗思路,出現(xiàn)地問題及解決方法不清晰。六,授課方式說明1,難點本課程教學地難點主要有內(nèi)核編譯,系統(tǒng)調(diào)用,內(nèi)核模塊,文件系統(tǒng)設(shè)計等。2,應(yīng)對策略（1）內(nèi)核編譯是修改修改Linux內(nèi)核關(guān)鍵源代碼后必要地環(huán)節(jié),也是后續(xù)幾個實驗地基礎(chǔ),給出關(guān)鍵步驟,指導學生每完成一步都進行驗證。（2）系統(tǒng)調(diào)用地部分講解兩種系統(tǒng)調(diào)用地方法,并指出關(guān)鍵要點,避免學生因為要點確實而造成編譯后無法重啟。（3）內(nèi)核模塊是靈活地增刪操作系統(tǒng)功能模塊地機制。對內(nèi)核模塊地編寫方法進行講解,要求學生由易到難進行內(nèi)核模塊地練習,設(shè)計與實現(xiàn)。（4）根據(jù)應(yīng)用需要可以設(shè)計自己地文件系統(tǒng),通過復(fù)制一個文件系統(tǒng)并改造其功能來進行實驗驗證,要求學生通過編寫驗證程序來確保每一步操作地正確性。3,教學手段（1）加強預(yù)習環(huán)節(jié)。要求學生在實驗前先進行預(yù)習,了解實驗內(nèi)容,考慮實驗方案,并通過各類技術(shù)與工具搜索問題解法;（2）課堂講解與課堂討論相結(jié)合。為了讓學生對于一些知識點有更加深入地理解,在正式開始實驗之前對實驗內(nèi)容進行講解,并展開討論,讓學生就實驗可能遇到地問題發(fā)表自己地看法與見解,提出自己地設(shè)計策略;（3）加強實驗指導。在實驗遇到問題給出部分提示,引導學生獨立思