计算机科学与技术操作系统专教学大纲72学时.docx

1、计算机科学与技术操作系统专教学大纲72学时计算机科学与技术专业操作系统课程教学大纲一、课程编号：二、课程性质：专业基础课三、教学目标：“操作系统”是计算机专业的专业基础必修课之一，是一门涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程。本课程的教学目标是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。本课程概述操作系统的形成、类型和功能；阐述进程管理，包括进程和线程的基本概念、进程的同步和通信、调度和死锁；详细介绍存储器管理和虚拟存储器的概念以及对虚拟存储器性能的分析；讨论设备

2、管理、文件系统以及磁盘存储器的管理以及操作系统的保护与安全；最后，对操作系统的最新发展包括网络操作系统做扼要介绍，并以UNIX操作系统作为操作系统实例阐述操作系统的内核结构。四、学时分配：72学时（54学时+18学时）章、节/讲标题学时小计理论教学实验/实训教学1操作系统引论10642进程的描述与控制12843处理机调度与死锁10824存储器管理12845虚拟存储器4406输入输出系统8627文件系统6427磁盘存储器的管理448操作系统接口229多处理机操作系统4410保护与安全44合计725418五、学分：4学分六、教学内容：第一章 操作系统引论（一）教学目的操作系统的形成和发展，引导学生

3、了解什么是操作系统及操作系统的发展历程；介绍操作系统的定义和功能，操作系统的种类和主要产品，如多道批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统等。（二）教学重点操作系统的定义、主要功能；操作系统的主要类型。（三）教学难点操作系统发展历程；操作系统的主要功能；操作系统在计算机系统中的地位。（四）教学内容1.1操作系统目标和作用1.1.1了解操作系统的4个目标。1.1.2从三个角度理解操作系统的作用1.1.2了解推动操作系统发展的主要动力。1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统时计算机系统工作过程1、了解无操作系统的计算机系统过程2、理解脱机输入/输出方式工作过程1.2.2单

4、道批处理系统1、了解单道批处理系统的处理过程 2、理解单道批处理系统的特征1.2.3多道批处理系统1、掌握多道程序的基本概念2、理解多道批处理系统的特征3、理解多道批处理系统的优缺点4、理解多道批处理系统需要解决的问题5、掌握操作系统的定义1.2.4分时系统1、了解分时系统的产生过程2、掌握分时系统的定义及实现中的关键问题3、理解分时系统的特征1.2.5实时系统1、理解实时系统的定义、应用领域2、理解实时系统和分时系统的区别1.3 操作系统的基本特性1.3.1理解并发性，与并行性区别1.3.2理解共享性及两种方式1.3.3理解虚拟性1.3.4理解异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1理解处理

5、器管理的4个功能1.4.2理解存储器管理的4个功能1.4.3理解设备管理的4个功能1.4.4理解文件管理的4个功能1.4.5理解操作系统提供给用户的三种接口1.5操作系统的结构设计1.5.1了解传统的操作系统三种结构1.5.2 理解客户/服务器模式1.5.3了解面向对象的程序设计技术1.5.4掌握微内核OS基本定义及功能（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 操作系统的作用表现哪些方面？2. 什么是多道批处理系统，其优缺点有哪些？3. 什么是分时系统？其主要特征有哪些？4. 操作系统的主要功能主要有哪些？5. 操作系统的主要特性有哪些？6. 什么是微内核技

6、术？其主要功能有哪些？第二章 进程的描述与控制（一）教学目的进程的引入、进程的定义及特征；进程的基本状态和进程控制块的基本内容；进程控制、进程同步及进程通信的基本内容。（二）教学重点进程及定义、进程控制块、进程控制、进程同步、进程通信。（三）教学难点理解进程的定义、进程同步机制的实现。（四）教学内容2.1进程的基本概念2.1.1理解程序的顺序执行过程及其特征2.1.2理解前趋图的作用2.1.3理解程序的并发执行过程及其特征2.1.4、进程的特征与状态1、理解并掌握进程的特征与定义2、掌握进程的三种基本状态及状态转换图3、了解挂起状态2.1.5进程控制块1、理解进程控制块的作用2、理解进程控制块

7、的信息3、理解进程控制块的组织方式2.2进程控制2.2.1进程的创建1、理解进程控制的是由操作系统内核来实现的及原语的概念。2、理解进程创建原语的过程描述2.2.2理解进程的终止原语的过程描述2.2.3理解进程的阻塞与唤醒原语的过程描述2.2.4了解进程的挂起与激活原语的过程描述2.3进程同步2.3.1理解进程同步的基本概念1、理解两种形式的制约关系2、掌握临界资源的概念3、理解临界区的概念4、掌握同步机制应遵循的规则2.3.2信号量机制1、理解整型信号量机制的定义及意义2、理解并掌握记录型信号量机制的定义及物理意义3、了解AND型信号量及信号量集2.3.3信号量的应用1、理解并掌握利用信号量

8、实现进程互斥2、理解并掌握利用信号量实现前趋关系3、理解并掌握利用信号量实现进程同步2.3.4管程机制1、理解并掌握管程的基本概念、2、了解利用管程解决生产者-消费者问题。2.4经典进程同步问题2.4.1生产者-消费者问题1、理解生产者-消费者问题的描述2、掌握该问题的利用信号量机制描述。3、理解特殊问题的处理。2.4.2哲学家进餐问题1、理解哲学家进餐问题的描述2、掌握利用信号量机制解决哲学家进餐问题。3、掌握避免死锁产生的改进算法。2.4.3读者-写者问题1、理解读者-写者问题的描述2、掌握利用信号量机制解决读者-写者问题。2.5 进程通信2.5.1掌握进程通信的类型2.5.2理解消息传递

9、通信的实现方法。2.5.3了解消息传递系统实现中的若干问题2.5.4理解消息缓冲队列通信机制。2.6线程2.6.1线程的基本概念1、理解线程引入的必要性2、掌握线程的定义及属性3、掌握线程与进程的区别。（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 为什么引入进程？进程与程序的区别有哪些？2. 进程的基本定义和特征有哪些？3. 什么是进程控制块？为什么说它是进程存在的唯一标志？4. 什么是记录型信号量机制？其物理意义是什么？5. 信号量机制的主要应用包括哪三个方面？如何来实施描述？6进程通信包括哪几种类型？7为什么在操作系统中引入线程？8利用记录型信号量写出一个不

10、会出现死锁的哲学家进餐问题的算法。第三章处理机调度与死锁（一）教学目的通过学习，让学生了解调度的基本类型及调度的算法评价以及调度中出现的死锁现象的原因及必要条件，同时给出了预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁的方法。（二）教学重点调度的类型定义、各种调度算法及平均周转时间的计算；死锁的定义及死锁的产生的必要条件，预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁的方法。（三）教学难点平均周转时间的计算，银行家算法。（四）教学内容3.1处理机调度的层次3.1.1高级调度1、掌握高级调度的定义，2、理解作业、作业流、作业步的概念。3.1.2低级调度1、掌握低级调度的功能2、掌握低级调度的定义及两种调度方式3

11、.1.3理解中级调度的定义3.2调度队列模型和调度准则3.2.1理解三种类型的调度队列模型3.2.2选择调度算法和方式的若干准则1、理解和掌握周转时间、平均周转时间、带权周转时间的定义2、理解面向用户的准则和面向系统的准则。3.3 调度算法3.3.1先来先服务和短作业优先调度算法1、理解FCFS算法的思想和应用2、理解短作业（进程）优先调度算法思想及应用3.3.2、高优先权优先调度算法1、理解优先权调度算法的类型2、理解优先权的类型3、掌握优先级调度算法思想及应用4、掌握高响应比优先调度算法3.3.3基于时间片的轮转调度算法。1、了解时间片轮转法调度算法思想2、掌握多级反馈队列调度算法思想3.

12、5产生死锁的原因和必要条件3.5.1产生死锁的原因1、掌握死锁的定义2、理解产生死锁的2个原因3.5.2理解和掌握产生死锁的四个必要条件3.6预防死锁的方法3.6.1理解预防死锁的3个条件3.6.2系统安全状态1、理解安全状态和不安全状态的定义2、理解由安全状态向不安全状态转换的过程3.6.3利用银行家算法避免死锁1、掌握银行家算法中的数据结构2、掌握银行家算法及应用3、掌握安全性算法及应用3.7死锁的检测与解除3.7.1死锁的检测1、理解资源分配图2、理解死锁定理3、理解死锁检测中的数据结构及死锁检测算法3.7.2理解死锁的解除2种方法。（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。

13、（六）思考与练习题1. 调度分几种？分别如何定义的？2.调度算法的评价准则有哪些？什么是作业的周转时间？3. 什么是多级反馈队列？4. 什么是死锁？其产生的四个必要条件是什么？5. 银行家算法如何避免死锁？ 第四章 存储器管理（一）教学目的通过学习，让学生熟悉程序的装入内存和链接的方式及掌握各种内存存储管理技术。（二）教学重点程序的装入和链接方式；连续分配存储管理技术；分页及分段等不连续存储管理技术；虚拟存储器及各种虚拟存储管理技术。（三）教学难点动态分区分配、分页存储管理方式的地址变换过程、虚拟内存的实现技术。（四）教学内容4.1 存储器的层次结构4.1.1 多级存储器结构1、掌握计算机系统

14、存储层次。4.1.2 主存储器与寄存器1、掌握主存储器的功能2、了解寄存器的作用4.1.3 高速缓存和磁盘缓存1、掌握高速缓存的作用2、了解磁盘缓存。4.2 程序的装入和链接4.2.1程序的装入1、理解程序的执行过程2、理解三种程序装入方式3、掌握重定位和静态重定位的定义4.2.2程序的链接1、理解程序的三种链接方式。4.3连续分配方式4.3.1理解单一连续分配4.3.2固定分区分配1、理解划分分区的方法2、理解内存管理及内存分配的方法4.3.3动态分区分配1、掌握动态分区的数据结构2、理解分区分配算法3、理解动态分区分配操作及回收算法4.3.4可重定位动态分区分配。1、理解动态重定位的引入2

15、、理解动态重定位的实现及动态重定位的定义3、理解动态重定位分区分配算法4.3.4 理解伙伴系统。4.3.5理解哈希算法。4.3.5对换1、了解对换的引入2、了解对换空间的管理及换出换入过程4.4 基本分页存储管理方式4.4.1页面与页表1、掌握页面与物理块的定义2、理解页面大小的确定方式3、掌握两种将一维逻辑地址转换为页号和页内偏移量的方法4、掌握页表的定义及功能4.4.2地址变换机构1、掌握基本地址变换机构2、理解“快表”的定义3、掌握具有“快表”的地址变换过程4.4.3理解两级页表和了解多级页表。4.5基本分段存储管理方式4.5.1了解分段存储管理方式的引入的必要性4.5.2分段系统的基本

16、原理1、掌握分段的基本思想2、掌握段表的定义3、掌握段表的地址变换过程4、理解分页和分段的主要区别4.5.3信息共享1、理解分页存储管理方式与分段存储管理方式在信息共享上的区别4.4.4段页式存储管理方式1、理解段页式存储管理方式的基本原理2、理解段页式存储管理管理的地址变换过程（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 程序的链接及装入方式有哪些？2.存储器连续分配方法有哪些？不连续分配方式有哪些？虚拟存储管理方式有哪些？3. 动态分区存储管理方式的分配与回收过程是怎样的？4. 什么是重定位？什么是动态重定位？5. 简述纯分页存储管理技术的地址变换过程。6.

17、 简述纯分段存储管理技术的地址变换过程。7. 分页与分段有哪些区别？第五章 虚拟存储器（一）教学目的通过学习，让学生理解虚拟存储管理技术。（二）教学重点虚拟存储器的定义；虚拟存储器实现技术。（三）教学难点请求分页存储管理技术；抖动及工作集的概念。（四）教学内容5.1虚拟存储器的基本特征5.1.1虚拟存储器的引入1、理解常规存储器管理方式的特征2、理解局部性原理3、掌握虚拟存储器定义5.1.2虚拟存储器的实现方法1、了解分页请求系统2、了解分段请求系统5.1.3理解虚拟存储器的特征5.2请求分页存储管理方式5.2.1请求分页中的硬件支持1、掌握页表机制2、理解缺页中断机构3、理解地址变换机构5.

18、2.2内存分配策略和分配算法1、理解最小物理块的确定2、了解物理块的分配策略3、理解物理块分配算法5.2.3调页策略。1、了解何时调入页面2、了解从何处调页3、了解页面调入过程5.3页面置换算法5.3.1最佳置换算法和先进先出置换算法1、掌握OPT算法思想及应用2、掌握FIFO算法思想及应用5.3.2最近最久未使用（LRU）置换算法1、掌握LRU置换算法的描述2、理解LRU置换算法的硬件支持5.3.3Clock置换算法1、了解简单的CLOCK置换算法2、理解改进型CLOCK置换算法5.3.4其他置换算法 1、了解最少使用置换算法2、了解页面缓冲算法5.4抖动与工作集5.4.1多道程序度与“抖动

19、”5.4.2工作集1.工作集的基本概念2.工作集的定义5.4.3 “抖动”的预防方法1.采取局部置换策略2.把工作集算法融入道处理机调度中3.利用L=S准则调节缺页率4.选择暂停的进程5.5请求分段存储管理方式5.5.1请求分段中的硬件支持1、掌握段表机制2、理解缺段中断机构3、理解地址变换机构5.5.2分段的共享与保护1、理解共享段表的定义2、理解共享段的分配与回收过程3、理解分段保护的三种方法。（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 什么是虚拟存储器？其基本特征有哪些？2. 在请求分页存储管理技术中，页表机制应该包括哪些数据项？各有什么作用？3.什么是

20、工作集？抖动的预防方法有哪些？4.简述OPT、FIFO、LRU算法的思想。5.如何实现分段共享。第六章 输入输出系统（一）教学目的通过学习，让学生熟悉I/O系统的构成及I/O控制方式，设备的分配及设备处理过程。（二）教学重点I/O系统的构成；I/O控制方式；缓冲管理；设备的分配及设备处理。（三）教学难点设备控制器及通道概念的理解；多通路的设备分配过程；虚拟设备的实现。（四）教学内容6.1 I/O系统6.1.1 I/O设备1、理解I/O设备的类型2、了解设备与设备控制器间的接口6.1.2 设备控制器 1、理解设备控制器的定义2、理解设备控制器的组成3、理解设备控制器的功能6.1.3 I/O通道1

21、、理解I/O通道设备的定义及引入2、了解通道类型3、理解“瓶颈”问题及解决“瓶颈”问题的方法6.1.4了解总线系统结构6.2 I/O控制方式6.2.1了解程序I/O控制方式工作过程6.2.2理解中断驱动I/O控制方式工作过程6.2.3 DMA控制方式1、理解DMA控制方式的引入目的及DMA控制器的特点2、理解DMA控制器的基本组成3、理解DMA工作过程。6.2.4 I/O通道控制方式。1、理解I/O通道控制方式的引入目的2、了解通道程序及执行过程6.3缓冲管理6.3.1理解缓冲的引入原因6.3.2了解单缓冲和双缓冲机制6.3.3了解循环缓冲机制6.3.4了解缓冲池机制。6.4 I/O软件6.4

22、.1了解 I/O软件的设计目标和原则6.4.2.中断处理程序1、理解中断处理程序的功能2、理解中断处理程序的处理过程6.4.3 设备驱动程序1、理解设备驱动程序的功能2、理解设备驱动程序的处理过程6.4.5 了解设备独立性软件6.4.5 了解用户层的I/O软件6.5设备分配6.5.1设备分配中的数据结构1、理解设备控制表DCT的内容及作用2、理解控制器控制表、通道控制表的内容及作用3、理解系统设备表的作用6.5.2设备分配时应考虑的因素1、了解设备的固有属性2、熟悉设备分配算法3、理解设备分配中的安全性问题6.5.3设备独立性1、理解设备独立性的定义2、了解逻辑设备名到物理设备名映射的实现6.

23、5.4独占设备的分配程序1、掌握基本设备分配程序2、理解设备分配程序的改进6.5.5 SPOOLing技术1、掌握什么是spooling技术2、理解spooling系统的组成3、了解spooling系统的特点4、理解spooling技术实现设备的虚拟化。6.6磁盘存储器管理5.6.1磁盘性能简述1、了解数据的组织和格式2、理解磁盘的类型及磁盘访问时间5.6.2磁盘调度1、理解FCFS、SSTF、SCAN算法及循环SCAN算法四种磁盘调度算法及应用2、了解N-STEP-SCAN算法和FSCAN调度算法5.6.3了解磁盘高速缓存、提高磁盘I/O速度的其他方法。（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在

24、多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 计算机I/O系统的构成是怎样的？2. 什么是设备控制器？其重要功能有哪些？3. I/O控制方式有哪些？各有什么特点？4. 为什么引入缓冲管理？ 5. 简述基本设备分配程序。6. 什么是“瓶颈”问题？如何来解决此问题？7. 设备分配过程需要考虑的因素有哪些？8. 什么是SPOOLING技术？其主要组成和基本特点有哪些？9. 举例说明SPOOLING技术如何来实现设备的虚拟化？10.磁盘调度算法有哪些？分别叙述各种算法思想。第七章 文件系统（一）教学目的通过学习，让学生熟悉文件及文件系统的概念，文件的逻辑结构和文件的物理结构；文件目录管理及文件存储空间的管理

25、。（二）教学重点文件及文件系统的概念；文件的逻辑结构和物理结构；文件目录；文件存储空间管理。（三）教学难点文件的物理组织结构；文件存储空间的管理方法。（四）教学内容7.1 文件的文件系统7.1.1文件、记录、数据项1、理解数据项、记录和文件的基本概念7.1.2文件类型和文件系统模型1、了解文件的类型2、理解文件系统模型7.1.3文件操作1、理解最基本的文件操作2、了解文件的“打开”和“关闭”操作3、了解其他文件操作7.2文件的逻辑结构7.2.1文件逻辑结构的类型1、掌握文件逻辑结构和文件物理结构定义2、掌握文件逻辑结构的类型3、理解有结构文件的分类7.2.2顺序文件1、理解逻辑记录的排序、对顺

26、序文件的读写操作2、了解顺序文件的优缺点7.2.3理解索引文件的组成及特点7.2.4理解顺序索引文件构成及特点7.2.5理解直接文件和哈希文件的构成及特点。7.3 目录管理7.3.1文件控制块和索引结点1、掌握文件控制块的定义2、理解索引结点的定义7.3.2目录结构1、了解单级目录结构2、了解两级目录结构及优点3、了解多级目录7.3.3理解两种目录查询技术。7.4文件共享7.4.1理解基于索引结点的共享方式7.4.2了解利用符号链实现文件共享。7.5文件保护7.5.1 保护域7.5.2 访问矩阵7.5.3访问矩阵的修改7.5.4访问矩阵的实现（五）教学方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解

27、。（六）思考与练习题1. 什么是文件？文件的基本类型主要包括哪些？2. 文件系统模型主要有哪三层？说明每一层的基本内容。3. 文件的逻辑结构有哪些？4. 文件的物理结构有哪些？ 5. 什么是文件控制块？什么是索引结点？6. 多级目录的优点有哪些？7.文件共享与文件保护的方法有哪些？第八章 磁盘存储器的管理（一）教学目的通过学习，让学生认识外存的组织方式及文件的物理结构；文件存储空间的管理以及磁盘访问速度提高的途径；提高磁盘可靠性的技术。（二）教学重点外存的组织方式；文件存储空间管理。（三）教学难点文件存储空间的管理方法。（四）教学内容8.1 外存分配方式8.1.1连续分配1、掌握连接分配方式的

28、基本思想及顺序文件的物理结构2、理解连续分配的主要优缺点8.1.2链接分配1、掌握链接分配的基本类型及链接文件的物理结构2、理解隐式链接和显式链接的特点8.1.3 索引分配1、理解单级索引分配的基本思想及索引文件的物理结构2、了解多级索引分配3、理解多级索引分配方式方法8.2 文件存储空间的管理8.2.1空闲表法和空闲链表法1、掌握空闲表法2、掌握空闲链表法8.2.2位示图法1、理解位示图的定义2、掌握盘块的分配与回收过程8.2.3成组链接法1、理解空闲盘块的组织2、理解成组链接法空闲盘块的分配与回收过程8.3提高磁盘I/O速度的途径8.4 提高磁盘可靠性的技术8.5 数据一致性控制（五）教学

29、方法与手段利用多媒体课件，在多媒体教室讲解。（六）思考与练习题1. 文件的物理结构有哪些？ 2. 文件存储空间的管理的方法有哪些？分别叙述基本思想。3. 什么位示图？如何利用位示图实施盘块的分配与回收过程？4. 什么是成组链接法？叙述空闲盘块的分配与回收过程。5.如何提高磁盘I/O速度。第九章 操作系统接口（一）教学目的通过学习，让学生熟悉操作系统提供给用户使用的接口方式。（二）教学重点联机和脱机命令接口；系统调用接口；图形用户接口；（三）教学难点命令解释程序的概念；系统调用的基本概念。（四）教学内容9.1 联机命令接口9.1.1了解联机命令的类型9.1.2了解键盘终端处理程序9.1.3理解命令解释程序的作用、组成及工作流程。9.3系统调用9.3.1系统调用的基本概念1