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1、操作系统教学大纲 2015 学时：64 学时 学分：3 学分 理论学时：48 学时 实验学时：16 学时 适用专业：计算机科学与技术 一、教学大纲说明 1、课程的性质、地位和任务 操作系统（Operating System）是当代计算机软件系统的核心，是计算机系统的基础和支撑，它管理和控制着计算机系统中的所有软、硬件资源，可以说操作系统是计算机系统的灵魂。操作系统课程是计算机专业学生必须学习和掌握的基础课程,是计算机应用人员深入了解和使用计算机的必备知识,是进行系统软件开发的理论基础，也是计算机科学与技术专业的一门理论性和实践性并重的核心主干课程。2、课程教学的基本要求 本课程的目标是使学生掌
2、握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术，具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力。本课程主要讲述操作系统的基本概念、基本原理及其实现技术，包括处理器管理、存储器管理、设备管理和文件管理等内容。3、课程教学改革 通过剖析某个实用的操作系统（如 UNIX 或 Linux）的内核，使学生了解这种操作系统是如何对计算机资源进行管理的，以及操作系统的发展趋势。二、教学内容（一）本课程理论教学内容 第一章 操作系统引论 主要内容：操作系统的目标、作用和模型、操作系统的发展过程、操作系统的特征和服务、操作系统的功能、操作系统的进一步发展。重点：操作系统的概念、特征和服务、操作系
3、统的功能。第二章 进程管理 主要内容：前驱图和程序执行、进程的描述、进程控制、线程的基本概念。进程同步的基本概念、信号量机制、经典进程同步问题、进程通信。重点：进程的描述、进程控制。临界资源、临界区、软件解决互斥、硬件解决互斥、信号量机制、进程通信。难点：进程控制。进程同步问题。第三章 处理机调度与死锁 主要内容：调度类型、调度算法、死锁的概念、原因、产生的必要条件、处理死锁的基本方法、安全状态、银行家算法、死锁的检测与解除。重点：调度类型、调度算法、死锁的概念、产生的必要条件、处理死锁的基本方法、安全状态、银行家算法、死锁的预防和避免。难点：银行家算法、死锁的预防和避免。第四章 存储器管理
4、主要内容：程序的装入和链接、连续分配存储管理方式、分页存储管理方式、分段存储管理。虚拟存储器的基本概念、请求分页存储管理方式、页面置换、请求 分页系统的性能分析、请求分段存储管理方式。重点：动态分区分配、分页存储管理方式、分段存储管理。虚拟存储器的基本概念、请求分页存储管理方式、页面置换、请求分段存储管理方式。难点：分页存储管理方式。页面置换算法。第五章 设备管理 主要内容：I/O 系统的组成、控制方式、缓冲管理、设备分配、SPOOLING 技术、设备处理。磁盘 I/O、外存分配方法、空闲存储空间的管理、磁盘容错技术、文件系统性能的改善、数据一致性控制。重点：I/O 控制方式、缓冲管理、SPO
5、OLING 原理、设备分配。磁盘调度算法。难点：设备分配。第六章 文件系统 主要内容：文件和文件系统、文件逻辑结构、目录管理、文件共享、文件保护。重点：文件逻辑结构、目录管理、文件共享、文件保护。外存分配方法、空闲存储空间的管理。难点：目录管理、文件保护。外存分配方法、空闲存储空间的管理。第七章 操作系统接口 主要内容：联机用户接口、shell 命令、系统调用、图形接口 重点：用户接口、程序接口 难点：用户接口、程序接口（二）本课程实验内容 实验一：写一个程序描述进程状态迁移过程。目标：理解进程概念、状态转换及其控制。要求：提供导致进程状态变化的调用接口，包括创建、删除、调度、阻塞、时间到、挂
6、起、激活等。实现进程列表显示的接口。注：这里设计的进程是一个假设的对象实体，是由程序自己创建和删除，不是系统维护的进程。实验二：编程实现生产者消费者或读写者的同步问题 目标：掌握信号量实现进程同步及其应用 要求：利用线程模拟进程；可视化显示模拟同步 实验三：设计一个程序，实现四种调度算法：1.先来先服务算法 2.短作业优先算法 3.优先权算法 4.基于时间片的多级反馈队列算法 目标：掌握四种算法的原理 要求：通过若干个实例实现各种算法的优劣性对比；结果要求可视化展示 实验四：编程实现银行家算法 目标：掌握银行家算法实现死锁预防的原理 要求：输入实例，能够使用银行家算法判断资源分配后是否存在安全
7、序列。实验五：模拟基本分页式的地址变换机构及其变换方法 目标：掌握页表概念、基本分页式的地址变换 要求：要有页表，通过页表等实现地址变换；图示化变换过程 实验六：实现 LRU 算法和 FIFO 算法 目标：理解页面置换算法 要求：给出任意的输入流，计算缺页率。输入流长度、cache 尺寸可定制。图示化置换过程。测试：Cache5，从 09 可数字的任意排序，长度为 30。例如：12568,36536,56892,70495,36745,87345 实验七：实现缓冲池的管理（重点是 getbuff 和 putbuff 的操作）目标：掌握缓冲池的管理方法，进一步理解进程同步信号量的使用 要求：定义
8、输入、输出和空缓冲 3 个队列，以及 4 种缓冲区；图示化表示缓冲区的管理及其相关的操作。实验八：实现 SSTF 算法和 SCAN 算法 目标：掌握 SSTF 算法和 SCAN 算法的原理 要求：给出任意的输入流、计算平均寻道长度。输入流长度、磁头移动方向可定制。测试：设有 100 个磁道，访问序列如下：23，5，98，14，66，25，78，34，66，74，56，87，12，39，71，49，58。当前磁头在 50 道，上次访问的磁道是 18 道。实验九：模拟 FAT 和 FDT，实现文件的物理块分配与回收，以及通过文件目录实现文件的访问，如文件 copy（可自己定义一个文件访问命令）。要
9、求能表示 FAT 的分配信息和 FDT 的管理信息。目标：掌握 FAT 的分配原理；掌握 FDT 实现文件管理的原理。要求：可视化实现文件管理（三）课程考核方式、方法 理论教学内容的考核：闭卷笔试。实验教学内容的考核：实验报告。三、建议学时分配 课程内容 讲课 习题课或课堂讨论 实验 上机 引论 4 进城管理 6 1 4 处理机调度与死锁 6 1 4 存储器管理 6 1 4 设备管理 4 1 2 文件管理 4 2 操作系统接口 2 2 四、考核方式 总评成绩平时成绩期中考试成绩+期末考试成绩 平时成绩占 30 期中考试占 20%期末考试成绩占 50 五、先修课程要求 程序设计语言(C 语言或 JAVA 语言)、数据结构等。六、教材及参考书 1汤子瀛，哲风屏，汤小丹编著。计算机操作系统(修订版)。西安电子科技大学出版社，2004（教材）2.操作系统原理与应用，赵德群主编，北京邮电大学出版社 3.计算机操作系统教程，张尧学、宋虹、张高编著，清华大学出版社。4.Andrew S.Tanenbaum.Modern Operating Systems(Second Edition).Prentice Hall,2001（参考书）