操作系統(tǒng)教學(xué)大綱含試驗(yàn)大綱

1、課程編碼制訂人制訂日期修訂人修訂日期審定組（人）審定日期0500006殷亞玲2013.10孫清2014-6-17學(xué)分：3學(xué)時(shí)：54適用專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)操作系統(tǒng)教學(xué)大綱、課程的性質(zhì)與任務(wù)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的理論基礎(chǔ)。本課程講述計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，主要偏重于操作系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的理論分析，對(duì)于其中的重要部分輔之以實(shí)驗(yàn)，以加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)各部分的功能和實(shí)現(xiàn)這些功能的體系結(jié)構(gòu)和重要算法；對(duì)深入了解計(jì)算機(jī)的使用、計(jì)算機(jī)工作的原理以及應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和運(yùn)行起到重要的指導(dǎo)作用；可為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)、以及提高軟件設(shè)

2、計(jì)水平和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的技術(shù)等奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。二、與教學(xué)計(jì)劃中前后課程的關(guān)系前導(dǎo)課程：計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。后續(xù)課程：軟件工程、編譯原理等。二、教學(xué)方法1、傳統(tǒng)的講授為主的授課形式，借助PPT課件展示必要信息。2、在一種操作系統(tǒng)環(huán)境下，通過(guò)演示相關(guān)的命令以及運(yùn)行前期準(zhǔn)備的程序代碼來(lái)輔助學(xué)生理解實(shí)際系統(tǒng)的構(gòu)造機(jī)理。3、教學(xué)過(guò)程中，在相應(yīng)章節(jié)安排必要的實(shí)驗(yàn)。4、隨課堂內(nèi)容布置并批改課后作業(yè)。5、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)：結(jié)合一種實(shí)用的操作系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，重視學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作基本技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的原理和實(shí)際的應(yīng)用。四、教學(xué)內(nèi)容組織安排教

3、學(xué)時(shí)數(shù)及分配：本課程在第四學(xué)期開(kāi)設(shè)，教學(xué)周為十八周，每周3個(gè)學(xué)時(shí)，總學(xué)時(shí)為54學(xué)時(shí)。其中理論教學(xué)42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)。操作系統(tǒng)課程的課堂講授主要包括：操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；進(jìn)程的概念、進(jìn)程的描述與控制、進(jìn)程的同步與通訊以及進(jìn)程管理的常用算法；處理機(jī)調(diào)度的策略和處理死鎖的方法；存儲(chǔ)器管理的方案和分配算法；文件系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制及關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；設(shè)備與系統(tǒng)的結(jié)合方式，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)及加載機(jī)制。本課程教學(xué)的重點(diǎn)是進(jìn)程的概念，并以進(jìn)程管理為主線(xiàn)，協(xié)調(diào)組織計(jì)算機(jī)內(nèi)的硬軟件資源。結(jié)合進(jìn)程的管理分析存儲(chǔ)管理機(jī)制、系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制、文件存儲(chǔ)和訪問(wèn)機(jī)制以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)機(jī)制。五、教材編選原則及教材與教學(xué)參考書(shū)1、選擇教育

4、部組編教材或權(quán)威的面向21世紀(jì)課程教材，根據(jù)我校學(xué)生實(shí)際情況對(duì)教材中部分內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)和調(diào)整。2、參考教材1湯曉丹.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，西安電子科技大學(xué)出版社,2010.2黃剛等.操作系統(tǒng)教材，人民郵電出版社,2009.3、教學(xué)參考書(shū)：1（荷蘭）AnderwS.Tanenbaum現(xiàn)代操作系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2012.2美斯托林斯著，陳向群譯.操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.3 Linux內(nèi)核完全剖析趙炯機(jī)械工業(yè)出版社2006年1月六、講授大綱（一）操作系統(tǒng)引論教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)的基本概念和基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型。主要內(nèi)容：熟悉操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用、操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程、操作系統(tǒng)的基本特性和主

5、要功能。教學(xué)重點(diǎn)：操作系統(tǒng)的計(jì)本特性和主要功能。學(xué)時(shí)：2（教學(xué)）+2（實(shí)驗(yàn)）（二）進(jìn)程管理教學(xué)目標(biāo)：掌握進(jìn)程的概念、進(jìn)程的控制、進(jìn)程的同步、進(jìn)程間通信以及進(jìn)程管理的常用算法教學(xué)內(nèi)容：認(rèn)識(shí)進(jìn)程概念引入的必要性，掌握PCB的使用；掌握進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換及其相關(guān)控制原語(yǔ)機(jī)制；熟悉進(jìn)程同步和互斥的原理；掌握進(jìn)程同步編程方法；掌握進(jìn)程通信過(guò)程編程方法。教學(xué)重點(diǎn)：進(jìn)程的同步、通信以及進(jìn)程管理的常用算法。學(xué)時(shí)：12（教學(xué)）+4（實(shí)驗(yàn)）（三）處理機(jī)調(diào)度與死鎖教學(xué)目標(biāo)：掌握處理機(jī)調(diào)度的策略和處理死鎖的方法。教學(xué)內(nèi)容：熟悉處理機(jī)調(diào)度種類(lèi)與調(diào)度模型；掌握調(diào)度基本算法；認(rèn)識(shí)死鎖預(yù)防和掌握銀行家算法的使用;掌握解除死鎖的方法

6、。教學(xué)重點(diǎn)：處理機(jī)調(diào)度的策略及處理死鎖的方法。學(xué)時(shí)：8（教學(xué)）+2（實(shí)驗(yàn)）（四）存儲(chǔ)器管理教學(xué)目標(biāo)：掌握存儲(chǔ)器管理的方案和分配算法。教學(xué)內(nèi)容：熟悉存儲(chǔ)器種類(lèi)和程序裝入內(nèi)存的方式；掌握存儲(chǔ)器分區(qū)管理的方法；掌握存儲(chǔ)器分頁(yè)管理的方法；掌握存儲(chǔ)器分段管理的方法；掌握頁(yè)面置換的算法。教學(xué)重點(diǎn)：存儲(chǔ)器管理的方案和分配算法。學(xué)時(shí)：12（教學(xué)）+2（實(shí)驗(yàn)）（五）文件管理教學(xué)目標(biāo)：掌握文件管理的組織結(jié)構(gòu)、存取結(jié)構(gòu)以及共享和保護(hù)。教學(xué)內(nèi)容：熟悉文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；了解磁盤(pán)的使用和分配特點(diǎn)；掌握目錄結(jié)構(gòu)；熟悉文件共享與保護(hù)的原理。教學(xué)重點(diǎn)：文件的邏輯和物理結(jié)構(gòu)。學(xué)時(shí)：4（教學(xué)）+2（實(shí)驗(yàn)）（六）設(shè)備管理教學(xué)目標(biāo)：

7、掌握設(shè)備管理的方案和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容：熟悉設(shè)備與系統(tǒng)的硬件連接機(jī)制；熟悉設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)內(nèi)核通用模塊的對(duì)接機(jī)制；掌握緩沖區(qū)技術(shù)；掌握磁盤(pán)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)與使用方法。教學(xué)重點(diǎn)：獨(dú)立于設(shè)備的管理機(jī)制和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)。學(xué)時(shí)：4（教學(xué)）七、考核方式本課程為閉卷考試課程?？己顺煽?jī)由：（出勤十作業(yè)+實(shí)驗(yàn)）（30%）十試卷成績(jī)（70%）構(gòu)成操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱授課對(duì)象：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)、軟件工程專(zhuān)業(yè)本科二年級(jí)在校學(xué)生。所須先修課程或知識(shí)：計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)。一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包括四大部分：第一部分為L(zhǎng)inux用戶(hù)接

8、口和運(yùn)行環(huán)境，第二部分為進(jìn)程管理，第三部分為內(nèi)存管理中的頁(yè)面置換算法，第四部分文件系統(tǒng)的模擬和設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本原理及在Linux環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方式序號(hào)重點(diǎn)（難點(diǎn)）內(nèi)容簡(jiǎn)述指導(dǎo)方式1.Linux用戶(hù)接口和運(yùn)行環(huán)境重點(diǎn)：1、熟悉開(kāi)機(jī)后登錄Linux系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的過(guò)程2、熟悉運(yùn)用Linux字符界面，掌握常用的命令3、學(xué)習(xí)使用Linux的在線(xiàn)求助系統(tǒng)，如man4、掌握一種Linux下編輯器，特別是vi5、用vi編寫(xiě)Helloworld!程序，然后編譯并運(yùn)行，熟悉gcc編譯器的使用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容舉例演示2.進(jìn)程的創(chuàng)建重點(diǎn)：1、了解進(jìn)

9、程與程序的區(qū)別，加深對(duì)進(jìn)程概念的理解。2、掌握進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的原理，理解進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)，區(qū)分進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行與串行執(zhí)行。3、了解fork（）系統(tǒng)調(diào)用的返回值，掌握調(diào)用fork（）創(chuàng)建進(jìn)程的方法。4、熟悉wait,exit等系統(tǒng)調(diào)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容舉例演示3.進(jìn)程間消息通信重點(diǎn)：1、Linux系統(tǒng)的進(jìn)程通信機(jī)構(gòu)IPC允許在任意進(jìn)程之間大批量地交換數(shù)據(jù)。2、利用消息緩沖隊(duì)列進(jìn)行進(jìn)程間的通信，并加深對(duì)消息通信機(jī)制的理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容舉例演示4.處理機(jī)調(diào)度模擬重點(diǎn)：1、模擬在采用多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，依照某種策略來(lái)決定哪些進(jìn)程優(yōu)先占用處理器。2、分別實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)算法和輪轉(zhuǎn)法等調(diào)度算法，并給出運(yùn)行性能的比較。說(shuō)明設(shè)計(jì)

10、要求，講解關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)技術(shù)5.頁(yè)面置換算法模擬重點(diǎn)：1、掌握虛擬內(nèi)存的管理機(jī)制2、實(shí)現(xiàn)最佳淘汰算法（OPT3、實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的算法（FIFO）4、實(shí)現(xiàn)最近最久未使用算法（LRU說(shuō)明設(shè)計(jì)要求，講解關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)技術(shù)6.文件系統(tǒng)的模擬和設(shè)計(jì)重點(diǎn)：1、通過(guò)模擬文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)文件管理問(wèn)題2 、理解目錄結(jié)構(gòu)3 、實(shí)現(xiàn)常用文件操作說(shuō)明設(shè)計(jì)要求，講解關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)技術(shù)四、實(shí)驗(yàn)操作技能、能力和科學(xué)作風(fēng)概述與哪些教學(xué)內(nèi)容有聯(lián)系實(shí)驗(yàn)操作1、Linux用戶(hù)和運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)概述2、進(jìn)程間的創(chuàng)建3、進(jìn)程間的消息通訊4、進(jìn)程調(diào)度模擬進(jìn)程管理5、頁(yè)面置換算法模擬存儲(chǔ)管理6、文件系統(tǒng)的模擬和設(shè)計(jì)文件管理學(xué)生的應(yīng)用能力1、

11、Linux環(huán)境的熟悉操作系統(tǒng)概述2、進(jìn)程及其相關(guān)知識(shí)的理解和運(yùn)用進(jìn)程管理3、頁(yè)面操作的知識(shí)的理解和操作存儲(chǔ)管理4、文件系統(tǒng)在Linux環(huán)境下的具體的實(shí)現(xiàn)原理的理解和掌握文件管理科學(xué)作風(fēng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生進(jìn)一步理解課堂教學(xué)中所學(xué)的知識(shí)，使學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本原理、基本理論、基本知識(shí)，具有較強(qiáng)的操作能力，對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本原理的理解和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的基礎(chǔ)。五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件具有Linux操作系統(tǒng)環(huán)境和操作系統(tǒng)源代碼，并擁有root權(quán)限。五、實(shí)驗(yàn)考核考核方法：1、學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)操作內(nèi)容完成相關(guān)內(nèi)容及要求。2、要求認(rèn)真書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。3、通過(guò)檢查

12、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)果完成情況對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行評(píng)定，實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)采用100分制實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)占課程成績(jī)的30%六、教學(xué)進(jìn)度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容概述所用學(xué)時(shí)教學(xué)周實(shí)驗(yàn)類(lèi)型【實(shí)驗(yàn)一】Linux用戶(hù)接口和運(yùn)行環(huán)境：1、熟悉開(kāi)機(jī)后登錄Linux系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的過(guò)程2、熟悉運(yùn)用Linux字符界面，連續(xù)掌握常用的命令3、學(xué)習(xí)使用Linux的在線(xiàn)求助系統(tǒng)，如man4、掌握一種Linux下編輯器，特別是vi5、用vi編寫(xiě)Helloworld!程序，然后編譯并運(yùn)行，熟悉gcc編譯器的使用。2第二/三周驗(yàn)證【實(shí)驗(yàn)二】進(jìn)程的創(chuàng)建：1、編寫(xiě)一個(gè)C語(yǔ)言程序，實(shí)現(xiàn)在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用fork（）創(chuàng)建兩個(gè)進(jìn)程，使父、子、女三進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。

13、2、多次反復(fù)運(yùn)行這個(gè)程序，觀察程序的顯示變化，并記錄這些變化，試分析其中原因。3、修改程序，在父、子進(jìn)程中分別使用wait,exit等系統(tǒng)調(diào)用“實(shí)現(xiàn)”其同步推進(jìn)，多次反復(fù)運(yùn)行改進(jìn)后的程序，觀察并記錄運(yùn)行結(jié)果。2第五/六周驗(yàn)證【實(shí)驗(yàn)三】進(jìn)程間消息通信：1、編寫(xiě)一個(gè)C語(yǔ)言程序，實(shí)現(xiàn)消息的創(chuàng)建、發(fā)送和接受。使用msgget（）,msgsnd（）,msgrev（）,及msgctl（）編制消息的發(fā)送和接收程序。2、server.c程序后臺(tái)運(yùn)行，client.c程序前臺(tái)運(yùn)行，server.c先于client.c運(yùn)行。2第八/九周驗(yàn)證【實(shí)驗(yàn)四】處理機(jī)調(diào)度模擬：1、設(shè)計(jì)一個(gè)按優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度的程序2、設(shè)計(jì)一個(gè)按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度的程序2第十一/十二周設(shè)計(jì)【實(shí)驗(yàn)五】頁(yè)面置換算法模擬：設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬存儲(chǔ)區(qū)和內(nèi)存工作區(qū)，并使用下列算法計(jì)算