1011操作系统课程设计教案Word格式.docx
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（0.4学时）
讲授Nachos系统的实验环境、安装方法和系统结构。
讲授Nachos系统的开发过程。
Makefile文件的设计和管理方法。
讲授Nachos系统内核跟踪和调试的方法。
安排本节实验内容（0.4学时）
重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）
重点：
Nachos系统的安装和系统结构。
要求:
掌握。
难点：
Makefile文件的设计和管理。
了解。
主要外语词汇
NachosOperatingSystem
tarC++emacsgdb
make
Makefile
辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）
板书、示教,多媒体课件
复习思考题
1.Whatisthepurposeofystemprogram?
2.WhatismainadvantageofNachos?
3.HowdoesMakefileinNachos?
参考教材（资料）
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter1,2,3
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter1,2,3
线程的创建与管理教学日期：
10-9/27
让学生了解操作系统内核中对线程的基本管理技术，培养学生编制、开发和改进内核级线程管理机制的技能，启发学生对内核线程管理机制的创新思路。
说明操作系统内核中进线程的基本管理机制，并说明如何进行内核线程的实验和开发。
让学生实现一个按优先数策略调度线程的Nachos操作系统新内核。
讲授操作系统内核中线程的创建/撤销。
讲授操作系统内核中线程的并发控制。
讲授操作系统内核中线程的调度。
讲授操作系统内核中线程上下文切换的实现过程。
操作系统内核中线程的并发控制和调度.。
线程上下文切换的实现过程。
熟悉。
Thread
Concurrent
Schedule
Switch
板书、示教
1.AreNachosthreadskernelthreadsoruserthreads,if
NachosrunsonarawhardwareorNachosrunsonaUNIXsystem?
2.SupposethatthreadAcallsfunctionRun（Thread*nextThread）andnextThreadpointstothreadB.Withinthethisfunction,theassemblyfunctionSWITCH（oldThread,nextThread）;
（aFromthemachine’spointofview,whatthreaddoesthisfunctioncallreturnto?
（bFromtheviewpointofthreadA,whenandhowdoesthisfunctioncallreturn?
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter4,5,6
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter4,5,6
线程间的同步机制教学日期：
10-10/11
让学生了解Nachos系统如何实现并发进程同步机制的，如何利用和改进这些同步机制解决实际的同步问题。
启发学生对同步机制的创新思路。
说明Nachos系统同步机制的实现方法，并说明如何进行同步机制的实验和开发。
让学生利用Nachos操作系统的同步机制生成一个能解决多生产者/消费者问题的新内核。
讲授Nachos系统信号灯的实现和主要功能。
讲授Nachos系统锁的实现和主要功能。
。
讲授Nachos系统Mesa样式管程的实现和主要功能。
讲授如何利用信号灯解决多生产者/消费者问题。
信号灯的实现和主要功能。
Mesa样式管程的实现和主要功能。
Synchronization
Semaphore
Lock
Monitor
1.ExplainwhystarvationispossibleifthewaitingqueueofsemaphoreisimplementedbyusingtheLIFOorder.
2.Provideanotherexampleshowingthatincorrectresultsmayoccurwhenproducerandconsumerprocessesruntheprogramsinpage190ofthetext.
3.IftheP（）andV（）operationsofsemaphorearenotexecutedatomically,showhowthemutualexclusionintendedinthecodeinFigure7.11ofthetextmaybeviolated.
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter7，8
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter7，8
Hoare样式管程的实现教学日期：
10-10/18
让学生了解Hoare样式管程的同步机理，如何在操作系统内核中构造Hoare样式管程并用它解决实际的同步问题。
启发学生对管程同步机制的创新思路。
说明Nachos系统同步机制的实现方法，并说明如何进行管程的实验和开发。
让学生实现一个带有管程机制的Nachos操作系统新内核。
讲授Hoare样式管程的同步机理。
讲授如何在操作系统中实现Hoare样式的管程。
讲授如何在Hoare样式的管程中实现条件变量。
讲授如何利用管程解决多生产者/消费者问题。
Hoare样式的管程同步机理。
Hoare样式的管程实现。
Hoare
Condition
Wait
Signal
板书、示教、多媒体课件
1.ExplainwhytheHoarestyleconditionvariablesdegeneratetotheMesastyleconditionvariablesififoperationSignal（）canonlyappearasthelaststate-mentinallfunctionsofamonitor..
2.Writeamonitorforthebounded-bufferproblem.ImplementthismonitorinNachosusing
（a）theexistingMesastyleconditionvariables
（b）theHoarestyleconditionvariablesyouimplementedpreviously.
MISP虚拟机和内存管理教学日期：
10-10/25
本科授课时数：
让学生了解Nachos内核是如何模拟一个真实计算机硬件的，用户程序是如何在MIPS虚拟机上运行的。
怎样编写和开发内存管理程序。
启发学生构造内存管理机制的创新思路。
说明Nachos内核是如何模拟一个真实计算机硬件的，并说明如何进行内存管理的实验和开发。
让学生实现一个能同时驻留多道用户程序的Nachos操作系统新内核。
讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机CPU的。
讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机的内存的。
讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机页式内存管理部件的。
讲授Nachos内核是如何将一个用户可执行程序装入内存执行的。
用户可执行程序的装入和执行.。
页式内存管理部件管理。
要求:
MIPS
Simulator
Memory
Translation
1．Supposethatamemoryreferenceinstructionofa32-bitmachinecanhaveatmosttwomemoryreferences.Theinstructionthathastwomemoryref-erencesitselftakestwo32-bitwords.Themachineallowsatmost8levelsofindirectionforeachmemoryreference.Whatistheminimumnumberofframesthatmustbeallocatedtoaprocessonthismachine?
Why?
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter9,10
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter9,10
系统调用的实现教学日期：
10-11/1
说明操作系统系统调用的基本机制，怎样编制开发系统调用接口和系统调用管理程序。
启发学生对系统调用的创新思路。
能实现一个具有fork,Exec等基本系统调用功能的Nachos操作系统新内核。
讲授系统调用接口和用户程序是怎样链接的。
（0.6学时）
讲授系统调用异常是怎样进入的。
讲授系统调用管理程序应当怎样实现。
安排本节实验内容（0.2学时）
系统调用管理程序的设计.。
fork,Exec系统调用的实现。
SystemcallInterfaces
Stub
Exception
Trap
fork
1.Whenlinkingstart.oandtheobjectmoduleofaNachosuserprogram,say
halt.o,whymustweputstart.obeforehalt.o?
2.DescribeallthechangesyouneedtomakeintheNachoscodeinorderto
implementtheremaining10systemscalls
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter3,9,10
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter3,9,10
虚拟内存教学日期：
10-11/8
说明Nachos系统虚拟内存的基本机制。
启发学生对操作系统虚拟内存设计的创新思路。
启发出学生如何进行虚拟内存实验的思路。
讲授Nachos构造虚拟内存的基本机制。
讲授请求式内存页式管理设计技术（0.6学时）
讲授页置换策略算法的实现技术（0.6学时）
安排本节设计开发实验内容（0.2学时）
分页式虚拟内存的构造.。
页置换策略的实现。
VirtualMemory
TLB
DemandPaging
PageReplacement
Frames
1.Whatistheminimumofpageframeaprocess?
2.Whatallocationtouse?
3.Whetheryuapplytheallocationalgorithmgloballyorlocally
文件系统接口教学日期：
10-11/15
让学生了解Nachos文件系统的层次和结构，如何操作文件系统。
启发学生扩展文件系统功能的创新思路。
说明Nachos文件系统的层次和结构，并说明如何进行文件系统操作的实验和开发。
让学生实现一个具有独立文件系统的Nachos操作系统新内核。
讲授Nachos文件系统的层次和结构。
讲授Nachos系统中的打开文件系统。
讲授Nachos系统中的文件目录结构。
讲授怎样操作Nachos文件系统。
Nachos文件系统的层次和结构。
Nachos系统中的打开文件系统。
Filesystem
Openfiles
Directory
FileOperations
1.Whatarethesectornumbersofdatablocksforfilebig?
2.Whatisthesectornumberofthedisktostorethefileheaderforfilebig?
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter11
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter11
I/O系统和文件系统的实现教学日期：
10-11/22
让学生了解Nachos系统中I/O系统和文件系统的实现方法，如何扩展文件系统功能。
Nachos系统中I/O系统和文件系统的实现，并说明如何进行文件系统扩展的实验和开发。
让学生实现一个具有扩展功能文件系统的Nachos操作系统新内核。
讲授Nachos文件系统的组织层次。
讲授Nachos系统中设备控制的方法。
讲授Nachos系统中文件空间的管理方法。
讲授Nachos文件系统中目录和I节点的管理方法。
Nachos文件系统的文件空间和I节点的管理方法。
Nachos系统中设备控制的方法。
I/OControl
FreeSpace
I-Node
Directory
1.AccordingtotheresultofthelastcommandnachosDandtheresultofodcDISK,howmanyfilesarethereontheharddiskDISK?
2.ThesectorsizeoftheNachosharddiskis128bytes.Couldyouchecktheresultofod-cDISKtomakesurethatthedatablocksandthefileheaderofbigareintherightplacesinthedisk?
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”OperatingSystemConcepts”,6thEdition.Chapter12，13
Silberschatz,A.,Galvin,P.,andGagne,G.,”AppledOperatingSystemConcepts”.Chapter12，13
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