《操作系统》课程教案.docx
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《操作系统》课程教案
《操作系统》课程教案
一、课程定位
操作系统课程是计算机应用技术专业基础课程，属于必修课程。
在课程设置上起着承上启下的作用，其特点是概念多、抽象和涉及面广。
主要任务是：
使学生掌握计算机操作系统的基本原理及组成；计算机操作系统的概念和相关新概念、名词及术语；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法；对常用计算机操作系统会进行基本的操作使用。
按照新专业人才培养方案，该课程开设在第三学期。
本课程的先导课程为《计算机组成原理》，《微机原理》，《数据结构》和《高级语言程序设计》；后续课程为《数据库系统原理》、《计算机网络》。
二、课程总目标
通过本课程的学习，使学生理解操作系统基本原理，并在此基础上培养学生实际动手编程能力。
（一）知识目标
1.理解操作系统的概念、操作系统的发展历史、类型、特征以及结构设计。
2.掌握进程和线程。
3.掌握死锁的预防、避免、检测和恢复。
4.掌握作业调度、进程调度、调度准则、调度算法、线程调度等。
5.掌握存储管理中的分区法、分页技术、分段技术、段页式技术等。
6.掌握文件系统的功能和结构、目录结构和目录查询、文件和目录操作。
7.掌握输入/输出管理、用户接口服务、嵌入式操作系统、分布式操作系统。
（二）素质目标
1.熟练使用计算机操作系统。
2.能够解决一些简单的应用问题。
3.了解计算机操作系统设计技巧。
（三）职业能力培养目标
1.初步具备辩证思维的能力。
2.具有热爱科学，实事求是的学风和创新意识，创新精神。
三、课程设计
（一）设计理念
以职业能力培养为导向，进行课程开发与设计。
按照人才培养目标要求来确定课程的内容、教学组织、教学方法和手段，注重培养学生分析问题、解决问题的能力、计算机思维能力、自学能力和从业能力。
（二）设计思路
1.以“够用、适用、实用”为目标设计课程教学内容。
2.考虑后序课程需要，突出重点，强化专业应用。
3.注重课堂教学互动，教师为主导，学生为主体，引导学生积极思维，培养学生的学习能力。
4.注重培养学生分析问题、解决问题的能力和自学能力。
四、课程内容与学时分配
（一）主要环节安排
序号
章节名称
章节内容
学时数
1
操作系统引论
计算机硬件结构
1
什么是操作系统
操作的发展历程
操作系统的类型
操作系统的特征
操作系统结构设计
操作系统初启过程
2
进程和线程
进程概念
4
进程的状态和组成
进程管理
线程
进程的同步和互斥
经典进程同步问题
管程
进程通信
3
死锁
资源
2
死锁概念
死锁的预防
死锁的避免
死锁的检测和恢复
处理死锁的综合方式
4
调度
调度类型
4
作业调度
进程调度
调度准则
调度算法
线程调度
多处理器调度
实时调度
UNIX/Linux进程调度
中断处理
信号机制
5
存储管理
引言
4
分区法
分页技术
分段技术
段页式技术
虚拟存储器
请求分页技术
页面置换算法
内存块的分配和抖动问题
请求分段技术
Linux系统的存储管理
6
文件系统
概述
4
文件系统的功能和结构
目录结构和目录查询
文件和目录操作
文件系统的实现
管道文件
文件系统的可靠性
7
输入/输出管理
I/O管理概述
2
设备分配
I/O软件层次
磁盘调度和管理
8
用户接口服务
用户接口的发展
2
系统调用
命令行接口
图形用户界面
9
嵌入式操作系统
嵌入式系统概述
3
嵌入式操作系统概述
实时内核及其实现
示例简介
10
分布式操作系统
分布式系统概述
4
分布式操作系统概述
分布式系统的实现
4种多机系统的比较
云计算系统
11
安全性与保护机制
安全性概述
2
常见的安全性攻击
一般性安全机制
保护机制
总计
32
五、教学设计
第一章
章节名称：
操作系统引论学时：
1
教学目标
1.掌握操作系统的定义；
2.理解操作系统的主要类型；
3.了解操作系统的特征；操作系统的发展历程；
4.掌握操作系统结构设计
教学重点
1.操作系统的定义；
2.操作系统的特征和结构设计
学习难点
操作系统的类型；操作系统结构设计
章节内容
主要教学内容
1.计算机硬件结构
处理器、存储器、I/O设备、总线
2.什么是操作系统
操作系统概念、主要功能、地位
3.操作系统的发展历程
操作系统的形成、发展，推动操作系统发展的动力
4.操作系统的类型
批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统、其他操作系统
5.操作系统的特征
并发、共享、不确定性
6.操作系统的特征
整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户—服务器
教学方法建议
建议采用多媒体教学，形象化抽象的概念帮助学生理解
第二章
章节名称：
进程和线程学时：
4
教学目标
1.掌握进程的定义，进程管理，进程的同步与互斥；
2.理解进程的状态和组成；
3.了解线程和管程；
教学重点
1.进程定义，进程的状态及其变化；
2.进程的同步与互斥
学习难点
进程的状态和组成，进程的同步和互斥
章节内容
主要教学内容
1.进程概念
多道程序设计，进程概念
2.进程的状态和组成
进程的状态及其转换，进程描述，进程队列
3.进程管理
进程图、进程创建、进程终止、进程阻塞、进程唤醒
4.线程
线程概念、线程的实现
5.进程的同步和互斥
进程同步与互斥的概念，临界资源和临界区，互斥实现方式，信号量，信号量的一般应用
6.经典进程同步问题
生产者—消费者问题，读者—写者问题
7.管程
管程能有效地实现互斥
8.进程通信
消息传递系统，客户—服务器系统中的通信
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第三章
章节名称：
死锁学时：
2
教学目标
1.掌握死锁的概念，死锁的条件；
2.理解死锁的预防、避免；
3.了解死锁的检测和恢复；
教学重点
1.死锁的预防；
2.死锁的检测和恢复；
学习难点
死锁的检测和恢复
章节内容
主要教学内容
1.资源
资源使用模式，可抢占资源与不可抢占资源
2.死锁概念
死锁的条件，资源分配图，处理死锁的方法
3.死锁的预防
破坏互斥条件，破坏占有且等待条件，破坏非抢占条件，破坏循环等待条件
4.死锁的避免
安全状态，资源分配图算法，银行家算法
5.死锁的检测和恢复
对单体资源类的死锁检测，多多提资源类的死锁检测，从死锁恢复，“饥饿”和活锁的概念
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第四章
章节名称：
调度学时：
4
教学目标
1.掌握调度类型，作业调度，进程调度，线程调度；
2.理解调度准则，调度算法；
3.了解多处理器调度，实时调度；
教学重点
1.进程调度；
2.多处理器调度，信号机制；
学习难点
调度算法
章节内容
主要教学内容
1.调度类型
高级调度，中级调度，低级调度
2.作业调度
作业状态，作业控制块和作业调度的功能
3.进程调度
进程调度的功能，实际，基本方式，叫胡思系统中常用的调度算法，两级调度模型
4.调度准则
影响调度算法选择的主要因素，调度性能评价准则
5.调度算法
先来先服务法，短作业优先法，最短剩余时间优先法，优先级法，轮转法，多级队列法，多级反馈列法，高响应比优先法，公平共享法，几种常用调度算法的比较
6.线程调度
用户级线程，核心级线程
7.多处理器调度
多处理器系统的类型，多处理器调度方法
8.实时调度
实时任务类型，实时调度算法
9.UNIX/Linux进程调度
UNIX进程调度，Linux进程调度
10.中断处理
中断概述，中断的处理过程，中断优先级和多重中断
11.信号机制
信号机制概念，信号的分类、产生和传送，信号的处理方式，信号的检测和处理
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第五章
章节名称：
存储管理学时：
4
教学目标
1.掌握分页和分段的概念，虚拟存储器概念；
2.理解分区法，段页式，请求分页技术；
3.了解页面置换算法，内存块的分配和抖动问题；
教学重点
1.虚拟存储器，页面置换算法；
2.分区法，分页技术，分段技术，段页式技术；
学习难点
页面置换算法，内存块的分配和抖动问题
章节内容
主要教学内容
1.引言
用户程序的地址空间，重定位，对换技术
2.分区法
固定分区法，动态分区法，可重定位分区分配
3.分页技术
分页存储管理的基本概念，分页系统中的地址映射，页面尺寸，硬件支持，保护方式，页表的构造，页面共享
4.分段技术
分段存储管理的基本概念，地址转换，端的共享和保护
5.段页式技术
段页式存储管理的基本原理，地址转换过程
6.虚拟存储器
虚拟存储器的概念，虚拟存储器的特征
7.请求分页技术
请求分页存储管理的基本思想，硬件支持及缺页处理，请求分页技术的性能
8.页面置换算法
页面置换，先进先出法，最佳置换法，最近最久未使用置换法，最近未使用置换法，第二次机会置换法，时钟置换法，最少使用置换法，页面缓冲算法
9.内存块的分配和抖动问题
内存块的分配，抖动问题
10.请求分段技术
在MULTICS
11.Linux系统的存储管理
Linux的多级页表结构，内存页的分配与释放，内存交换
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第六章
章节名称：
文件系统学时：
4
教学目标
1.掌握文件的概述，文件系统的功能和结构；
2.理解目录结构和目录查询，文件和目录操作；
3.了解文件系统的实现；
教学重点
1.目录结构和目录查询；
2.文件系统的可靠性；
学习难点
文件系统的实现
章节内容
主要教学内容
1.概述
文件及其分类，文件命名，文件属性，文件存取方法
2.文件系统的功能和结构
文件系统的功能，文件系统的结构
3.目录结构和目录查询
文件控制块和文件目录，单击目录结构，二级目录结构，树形目录结构，非循环图目录结构，目录查询方法
4.文件和目录操作
文件操作，目录操作
5.文件系统的实现
文件系统的格式，文件存储分配，空闲存储空间的管理
6.管道文件
可以实现两个或多个进程间的直接通信
7.文件系统的可靠性
磁盘坏块管理，后备，文件系统和一致性
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第七章
章节名称：
输入/输出管理学时：
2
教学目标
1.掌握I/O管理的概述，I/O软件层次；
2.理解设备分配；
3.了解磁盘调度和管理；
教学重点
1.I/O管理的概述；
2.磁盘调度和管理；
学习难点
设备分配
章节内容
主要教学内容
1.I/O管理的概述
I/O设备分类和标识，I/O系统结构，设备控制器，I/O系统的控制方式，I/O管理的功能
2.设备分配
与设备分配相关的因素，设备分配技术，设备分配算法，SPOOLing系统
3.I/O软件层次
中断处理程序，设备驱动程序，与设备无关的操作系统I/O软件，用户级I/O软件
4.磁盘调度和管理
磁盘调度，磁盘管理
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第八章
章节名称：
用户接口服务学时：
2
教学目标
1.掌握用户接口的发展；
2.理解系统调用；
3.了解命令行接口；
教学重点
1.系统调用；
2.图形用户界面；
学习难点
命令行接口
章节内容
主要教学内容
1.用户接口的发展
命令行方式，图形用户接口
2.系统调用
系统调用和库函数，系统调用使用方式，处理方式
3.命令行接口
命令行的一般使用方式，命令解释程序，shell程序设计
4.图形用户界面
图形界面简介，XWindow
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第九章
章节名称：
嵌入式操作系统学时：
3
教学目标
1.掌握嵌入式系统概述；
2.理解嵌入式操作系统概述；
3.了解实时内核及其实现；
教学重点
1.嵌入式操作系统概述；
学习难点
实时内核及其实现
章节内容
主要教学内容
1.嵌入式系统概述
以应用为中心，以计算机技术为基础
2.嵌入式操作系统概述
嵌入式操作系统的体系结构，嵌入式操作系统
3.实时内核及其实现
任务管理与调度，中断和时间管理，任务的同步和通信，内存管理
4.实例简介
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第十章
章节名称：
分布式操作系统学时：
4
教学目标
1.掌握分布式系统概述；
2.理解分布式操作系统概述；
3.了解分布式系统的实现；
教学重点
1.分布式操作系统概述；
2.云计算系统
学习难点
分布式系统的实现
章节内容
主要教学内容
1.分布式系统概述
分布式系统特征，分布式系统的优点
2.分布式操作系统概述
分布式操作系统简介，分布式系统的设计目标
3.分布式系统的实现
通信问题，进程管理，死锁问题，文件系统，中间件
4.4种多机系统的比较
多处理器系统，多计算机系统，网络系统，分布式
5.云计算系统
云计算简述，云操作系统简述
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
第十一章
章节名称：
安全性与保护机制学时：
2
教学目标
1.掌握安全性概述；
2.理解常见的安全性攻击；
3.了解一般性安全机制；
教学重点
1.掌安全性概述；
2.常见的安全性攻击
学习难点
保护机制
章节内容
主要教学内容
1.安全性概述
信息安全问题，安全环境
2.常见的安全性攻击
常见的攻击点，网络威胁，计算机病毒
3.一般性安全机制
安全措施，一般性安全机制
4.保护机制
保护域，存取控制表，权力，可信系统，安全性能评测标准
教学方法建议
建议采用多媒体配合板书教学
六、可利用的教学方法
教学行政周
章节（序号）
内容
教学方法
第一周
第一章操作系统引论
①计算机硬件结构；②什么是操作系统③操作系统的发展历程
④操作系统的类型⑤操作系统的特征⑥操作系统的特征
课堂讲授、多媒体演示
第二章进程和线程
①进程概念；②进程的状态和组成；③进程管理
多媒体演示、举例分析
第二周
第二章进程和线程
①线程；②进程的同步和互斥；③经典进程同步问题；
多媒体演示、举例分析、课堂讨论
第二章进程和线程
①管程；②进程通信
第三周
第二章进程和线程
①软件生存周期。
课堂讲授、举例分析
第三章死锁
①资源；②死锁概念；③死锁的预防；
实例分析、演示法
第四周
第三章死锁
④死锁的避免；⑤死锁的检测和恢复
讲授法
第四章调度
①调度类型；②作业调度；③进程调度；
讲授法、实例分析、课堂讨论
第五周
第四章调度
④调度准则；⑤调度算法；⑥线程调度；
讲授法、实例分析、课堂讨论
第四章调度
⑦多处理器调度；⑧实时调度；
第六周
第四章调度
⑨UNIX/Linux进程调度；⑩中断处理。
讲授法、演示法
第五章存储管理
①引言；②分区法；③分页技术
讲授法、演示法
第七周
第五章存储管理
④分段技术；⑤段页式技术；⑥虚拟存储器；
讲授法、演示法、实例分析
第五章存储管理
⑦请求分页技术；⑧页面置换算法；⑨内存块的分配和抖动问题；
讲授法、演示法、实例分析
第八周
第五章存储管理
⑩请求分段技术；11.Linux系统的存储管理。
讲授法、演示法
第六章文件系统
①概述；②文件系统的功能和结构；
多媒体演示、举例分析
第九周
第六章文件系统
③目录结构和目录查询；④文件和目录操作
多媒体演示、举例分析
第六章文件系统
⑤文件系统的实现；⑥管道文件；
第十周
第六章文件系统
⑦文件系统的可靠性。
讲授法、演示法
第七章输入/输出管理
①I/O管理的概述；②设备分配
讲授法、多媒体演示、举例分析
第十一周
第七章输入/输出管理
③I/O软件层次；④磁盘调度和管理
讲授法、举例分析
第八章用户接口服务
①用户接口的发展；②系统调用
第十二周
第八章用户接口服务
③命令行接口；④图形用户界面
讲授法、演示法、举例分析
第九章嵌入式操作系统
①嵌入式系统概述；②嵌入式操作系统概述
第十三周
第九章嵌入式操作系统
③实时内核及其实现
举例分析
第九章嵌入式操作系统
④实例简介
第十四周
第十章分布式操作系统
①分布式系统概述；②分布式操作系统概述
讲授法
第十章分布式操作系统
③分布式系统的实现
讲授法、演示法、举例分析
第十五周
第十章分布式操作系统
④4种多机系统的比较
讲授法、演示法、举例分析
第十章分布式操作系统
⑤云计算系统
第十六周
第十一章安全性与保护机制
①安全性概述；②常见的安
全性攻击
讲授法、演示法、举例分析
第十一章安全性与保护机制
③一般性安全机制；④保护机制
七、可利用的教学手段、教学媒体设计
教学行政周
章节（序号）
内容
教学方法
第一周
第一章操作系统引论
①计算机硬件结构；②什么是操作系统③操作系统的发展历程
④操作系统的类型⑤操作系统的特征⑥操作系统的特征
课堂讲授、多媒体演示
第二章进程和线程
①进程概念；②进程的状态和组成；③进程管理
多媒体演示、举例分析
第二周
第二章进程和线程
①线程；②进程的同步和互斥；③经典进程同步问题；
多媒体演示、举例分析、课堂讨论
第二章进程和线程
①管程；②进程通信
第三周
第二章进程和线程
①软件生存周期。
课堂讲授、举例分析
第三章死锁
①资源；②死锁概念；③死锁的预防；
实例分析、演示法
第四周
第三章死锁
④死锁的避免；⑤死锁的检测和恢复
讲授法
第四章调度
①调度类型；②作业调度；③进程调度；
讲授法、实例分析、课堂讨论
第五周
第四章调度
④调度准则；⑤调度算法；⑥线程调度；
讲授法、实例分析、课堂讨论
第四章调度
⑦多处理器调度；⑧实时调度；
第六周
第四章调度
⑨UNIX/Linux进程调度；⑩中断处理。
讲授法、演示法
第五章存储管理
①引言；②分区法；③分页技术
讲授法、演示法
第七周
第五章存储管理
④分段技术；⑤段页式技术；⑥虚拟存储器；
讲授法、演示法、实例分析
第五章存储管理
⑦请求分页技术；⑧页面置换算法；⑨内存块的分配和抖动问题；
讲授法、演示法、实例分析
第八周
第五章存储管理
⑩请求分段技术；11.Linux系统的存储管理。
讲授法、演示法
第六章文件系统
①概述；②文件系统的功能和结构；
多媒体演示、举例分析
第九周
第六章文件系统
③目录结构和目录查询；④文件和目录操作
多媒体演示、举例分析
第六章文件系统
⑤文件系统的实现；⑥管道文件；
第十周
第六章文件系统
⑦文件系统的可靠性。
讲授法、演示法
第七章输入/输出管理
①I/O管理的概述；②设备分配
讲授法、多媒体演示、举例分析
第十一周
第七章输入/输出管理
③I/O软件层次；④磁盘调度和管理
讲授法、举例分析
第八章用户接口服务
①用户接口的发展；②系统调用
第十二周
第八章用户接口服务
③命令行接口；④图形用户界面
讲授法、演示法、举例分析
第九章嵌入式操作系统
①嵌入式系统概述；②嵌入式操作系统概述
第十三周
第九章嵌入式操作系统
③实时内核及其实现
举例分析
第九章嵌入式操作系统
④实例简介
第十四周
第十章分布式操作系统
①分布式系统概述；②分布式操作系统概述
讲授法
第十章分布式操作系统
③分布式系统的实现
讲授法、演示法、举例分析
第十五周
第十章分布式操作系统
④4种多机系统的比较
讲授法、演示法、举例分析
第十章分布式操作系统
⑤云计算系统
第十六周
第十一章安全性与保护机制
①安全性概述；②常见的安
全性攻击
讲授法、演示法、举例分析
第十一章安全性与保护机制
③一般性安全机制；④保护机制
八、作业布置和作业批改
任课教师根据整合后的教学内容布置各种应用性较强的习题让学生以书面形式完成作业。
（一）作业内容要求：
作业的主要内容是任课教师给的补充题，为此专门制作了习题PPT，既方便学生通过移动存储设备拷贝，并在课后完成作业，又可以促使学生带着作业问题去学习，便于掌握知识的重难点。
（二）作业形式与题量：
课堂讲授完毕后将习题PPT每一章节内容布置为作业，以达到测试学生课堂学习情况和课后对所学知识的复习巩固和加以实际操作应用的目的。
（三）作业批改设计：
对于书面作业，可抽调适量的作业进行评阅，对发现的主要和倾象性的问题，由教师在课堂上进行集体评讲。
九、学生成绩考核与评定
（一）考核
课堂出勤、课堂表现、教学参与、平时作业、综合实训、期末考试。
（二）成绩评定
（1）教学过程占30%：
出勤情况及课堂表现、教学参与（课堂讨论、提问及实践环节参与情况）、平时作业（书面作业）。
（2）期末：
试卷考试：
统一命题、制卷，书面开卷考试，占30%。
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