操作系统课程教学大纲

《操作系统》课程教学大纲

第一部分课程简介

【课程名称】：操作系统

【课程代码】：252010341

【课程属性】：专业教育基础课程

【授课对象】：计算机专业 2年级本科生

【学时/学分】：48/3(另上机16学时)

一、课程性质与教学目的

（一）课程性质（指课程的地位、作用）

计算机所有能做的一切——编程、游戏、上网、看影碟……最终都要归结于硬件的操作序列。人们为了表达自己对硬件操作序列的安排，编制了机器语言。然而，机器语言由0、1代码构成，用户界面不很友好。这从客观上需要有一系列软件来方便用户使用计算机。设置操作系统的首要目的就是提供更利于使用的人机界面；随着“多道程序设计”概念的提出，计算机系统资源的利用率得到了极大的提高。与此同时，操作系统也肩负了使相互竞争的各进程能有序地、高效地使用处理机、存储器、外设等资源的任务。

正是因此，操作系统既作为资源的管理者，负责与硬件的直接联系；又作为计算机与人之间的接口，与用户的使用息息相关，最终弥补了人与计算机硬件之间的鸿沟。而且，作为计算机硬件的首次扩充，它还要对语言编译、应用程序、数据库管理程序等提供必要的支持，是学习“软”部分课程的基础。

计算机专业主干课程中，硬件部分以《计算机组成原理》为基础；软件部分以《操作系统》为基础；软硬件联系与《汇编语言》课程的展开。在课程设置上，《操作系统》居于学制中期，学生学习了一定的软硬件知识，但仍很庞杂，难以提高到全局高度再认识；再者，面对一系列日新月异的专业课，同学也需要这样一门课程告诉他们究竟这些课程讲授的内容在计算机系统中居于什么样的地位。

（二）教学目的

通过本课程的学习，应使学生从定性上了解计算机系统、特别是软件系统的构成及工作原理。

二、课程基本内容

主要包括操作系统用户接口、进程管理、处理机调度、存储管理、文件系统及设备管理

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等几个部分。其知识能力及技能方面的基本要求包括：

1．了解操作系统的历史、类型、功能。

2．深刻理解什么是进程，理解进程在操作系统中的重要性。

3．了解多道程序系统面临的问题及几种解决进程同步与互斥的方法。

4．理解临界资源与临界段。

5．掌握计数信号量机制如何解决进程的同步与互斥,能看懂简单的P、V操作原语解决进程的同步与互斥的问题。

6．深刻理解什么是死锁，理解死锁发生的原因和必要条件．

7．理解CPU调度有几级，各在何时起作用。

8．了解存储管理提供的主要功能。

9．知道交换与覆盖。

10．理解页、段式管理涉及的数据结构及地址变换过程。

11．深刻理解什么是虚拟存储器。

12．了解I/O请求的处理步骤。

13．理解SPOOLING技术。

14．理解设备分配机制及设备无关性。

15．了解什么是文件，理解文件的组织、共享、命名冲突和目录的关系。

三、先修课程及后续课程

（一）先修课程

《程序设计基础》、《汇编语言》、《计算机组成原理》、《编译原理》、《接口与通信》、《计算机网络》

（二）后续课程

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第二部分教学总体安排一、学时分配

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二、教学重点与难点

（一）教学重点

1、计算机硬件的组成和软件的结构.

2、设置操作系统的目的.

3、什么是操作系统,具备什么样的功能.

4、操作系统有哪几种类型,各有什么特点.

5、什么是多道程序设计,支持其的软硬件基础有哪些.

6、多道程序系统有哪些特征,这些特征为操作系统的设计与实现带来了什么影响.

7、系统调用的执行过程是什么.

8、作业、进程与线程.

9、进程的特征是什么,它与程序有何不同.

10、进程的状态及状态转换的条件(五状态).

11、为什么PCB是系统感知进程存在的唯一标志,PCB中包含的信息.

12、什么是内核,内核实现什么基本功能.

13、内核为什么发展到了微内核.

14、什么是原语,它通常提供哪些功能.

15、顺行程序和并行程序各有什么特点.

16、程序并发执行的Bernstein条件.

17、什么是临界资源、临界区,进程进入临界区的准则.

18、解决进程互斥的办法有几种,如何利用这些机制编写简单的P、V操作原语解决

进程间互斥和同步.

19、生产者─消费者与读写者问题各描述了什么样的进程同步和互斥的关系.

20、CPU的调度级别有几种,各在什么时候起作用.

21、作业与进程调度的算法有哪些,会定量计算得出具体环境下它们的优劣.

22、进程调度的时机.

23、死锁原因、必要条件及死锁的解决(含银行家算法).

24、用户与操作系统的接口有几种.

25、什么是系统调用.

26、CPU有几种工作状态,状态间的转换条件是什么.

27、存储管理主要具备哪些功能.

28、区分地址空间和存储空间,相对(逻辑)地址和物理地址.什么是地址重定位.

29、重定位有几种方法,有什么区别,各有什么好处.

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30、什么是虚拟存储器,支持之的物质基础是什么.

31、可变分区的分配和回收算法及保护方式.

32、覆盖与交换技术.

33、分页管理涉及的数据结构、请求页式管理、静态页式管理的地址变换过程.

34、请求分页的淘汰算法及程序的局部性原理.

35、页式管理的优缺点.

36、段、页式管理之间的区别.

37、设备管理主要完成哪些任务.

38、处理一个I/O请求需要哪些步骤.

39、为什么要设置缓冲区,有几种实现方法及SPOOLING技术.

40、系统磁盘的调度策略.

41、设备分配机制.

42、什么叫设备无关性,设备管理中哪一部分体现了设备无关性.

43、设备分配通常采用哪些策略.

44、什么是文件,文件系统的主要功能.

45、文件的分类.

46、文件的物理组织有几种形式,各有什么特点.

47、文件存贮空间的管理方法有哪些.

48、文件目录有什么作用,目录项包含哪些内容,目录如何组织.

49、什么叫便于共享的目录结构,有什么好处.

50、文件如何进行存取控制.

51、文件操作命令实现的功能.

52、文件系统七层模型中各层主要的功能.

（二）教学难点

1、什么是操作系统,具备什么样的功能.

2、什么是多道程序设计,支持其的软硬件基础有哪些.

3、系统调用的执行过程是什么.

4、进程的状态及状态转换的条件(五状态).

5、什么是原语,它通常提供哪些功能.

6、程序并发执行的Bernstein条件.

7、什么是临界资源、临界区,进程进入临界区的准则.

8、解决进程互斥的办法有几种,如何利用这些机制编写简单的P、V操作原语解决进程

间互斥和同步.

9、生产者─消费者与读写者问题各描述了什么样的进程同步和互斥的关系.

10、CPU的调度级别有几种,各在什么时候起作用.

11、作业与进程调度的算法有哪些,会定量计算得出具体环境下它们的优劣.

12、进程调度的时机.

13、死锁原因、必要条件及死锁的解决(含银行家算法).

14、什么是系统调用.

15、存储管理主要具备哪些功能.

16、区分地址空间和存储空间,相对(逻辑)地址和物理地址.什么是地址重定位.

17、重定位有几种方法,有什么区别,各有什么好处.

18、可变分区的分配和回收算法及保护方式.

19、请求分页的淘汰算法及程序的局部性原理.

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20、设备管理主要完成哪些任务.

21、处理一个I/O请求需要哪些步骤.

22、为什么要设置缓冲区,有几种实现方法及SPOOLING技术.

23、系统磁盘的调度策略.

24、什么叫设备无关性,设备管理中哪一部分体现了设备无关性.

25、设备分配通常采用哪些策略.

26、文件存储空间的管理方法有哪些.

三、教学材料

（一）推荐教材

《Operating Systems Internals and Design Principles》William Stallings

清华大学出版社

（二）推荐参考书

《计算机操作系统》汤子赢、杨成忠、哲凤屏

西安电子科技大学出版社

《操作系统基础》屠立德、屠祁

清华大学出版社

《基于微内核的国产操作系统 COSIX V2.0 教程》

周明德中软总公司基础软件事业部

《操作系统实验指导说明书和UNIX系统手册》

张丽芬北京理工大学

《计算机操作系统》

翟一鸣清华大学出版社

《Operating Systems Design and Implementation》

Andrew S. Tanenbaum Albert S. Woodhull

清华大学出版社

（三）推荐网站（包括课程网站、专业网站等）

四、本课程开设需要的教学环境和设备条件

需要电化教学设备，实验用计算机上必须要有主流的编程软件

五、考核方法及成绩评定（包括考核方式及所占比例）

该科目为考试课

1.成绩评定总则：以百分制计算总成绩，其中平时成绩占总成绩的40%，期末考试成绩占60%。总成绩满分100分，60分即获得该课程学分；

2.平时成绩评定：分作业、实验两部分，每部分各占20分；

3.期末考核方式：闭卷考试。

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第三部分课程教学内容及教学要求

第一章绪论学时 6

【教学目的及要求】

一、熟练掌握

什么是操作系统，什么是多道程序设计

二、掌握

操作系统的功能，形成与发展，以及操作系统的基本类型

三、了解

计算机系统的组成以及操作系统的结构

【教学重点与难点】

一、教学重点：

1、计算机硬件的组成和软件的结构.

2、设置操作系统的目的.

3、什么是操作系统,具备什么样的功能.

4、操作系统有哪几种类型,各有什么特点.

5、什么是多道程序设计,支持其的软硬件基础有哪些.

6、多道程序系统有哪些特征,这些特征为操作系统的设计与实现带来了什么影响.

二、教学难点：

1、什么是操作系统,具备什么样的功能.

2、什么是多道程序设计,支持其的软硬件基础有哪些.

【教学手段及方式方法】

课堂讲授

【教学内容】

一、绪论

（一）计算机系统组成

（二）操作系统的概念

（三）操作系统的功能

（四）操作系统的形成和发展

（五）操作系统的基本类型

（六）操作系统的结构

【思考题】

1、语言支持系统还是系统支持语言

2、什么是操作系统，指出某些系统是不是操作系统，并说明为什么

第二章作业管理学时 4

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【教学目的及要求】

一、熟练掌握

什么是系统调用，以及系统调用的执行过程

二、掌握

作业的概念与状态，以及计算机的用户接口

三、了解

程序库与链接编译和作业的建立过程

【教学重点与难点】

一、教学重点：

1、什么是系统调用.

2、系统调用的执行过程是什么.

3、用户与操作系统的接口有几种.

二、教学难点：

1、什么是系统调用.

2、系统调用的执行过程是什么.

【教学手段及方式方法】

课堂讲授

【教学内容】

二、作业管理

（一）程序库与链接编辑

（二）作业的概念与状态

（三）作业的建立过程

（四）用户接口

1.命令接口的演变

2.程序接口

【思考题】

1、简述作业的状态及其转换，说明状态装换的时机，以及每个状态下作业存在的形式和位

置。

第三章进程管理学时 16

【教学目的及要求】

一、熟练掌握

什么是进程，进程的状态及转换，程序的并发执行，临界资源，并发进程的同步、互斥、条件互斥，死锁及其必要条件、充分条件、避免、解除和检测，信号量以及P、V操作原语解决进程的同步与互斥，处理机调度的分级模型以及调度的过程。

二、掌握

进程的特征，PCB，原语，Bernstein条件，进入临界区的准则，进程通信的实现过程，死锁的必要条件，作业调度与进程调度的主要算法

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三、了解

什么是操作系统内核，信号量集和管程，以及调度算法的评价

【教学重点与难点】

一、教学重点：

1、作业、进程与线程.

2、进程的特征是什么,它与程序有何不同.

3、进程的状态及状态转换的条件(五状态).

4、为什么PCB是系统感知进程存在的唯一标志,PCB中包含的信息.

5、什么是内核,内核实现什么基本功能.

6、内核为什么发展到了微内核.

7、什么是原语,它通常提供哪些功能.

8、顺行程序和并行程序各有什么特点.

9、程序并发执行的Bernstein条件.

10、什么是临界资源、临界区,进程进入临界区的准则.

11、解决进程互斥的办法有几种,如何利用这些机制编写简单的P、V操作原语解决

进程间互斥和同步.

12、生产者─消费者与读写者问题各描述了什么样的进程同步和互斥的关系.

13、CPU的调度级别有几种,各在什么时候起作用.

14、作业与进程调度的算法有哪些,会定量计算得出具体环境下它们的优劣.

15、进程调度的时机.

16、死锁原因、必要条件及死锁的解决(含银行家算法).

17、CPU有几种工作状态,状态间的转换条件是什么.

二、教学难点：

1、进程的状态及状态转换的条件(五状态).

2、什么是原语,它通常提供哪些功能.

3、程序并发执行的Bernstein条件.

4、什么是临界资源、临界区,进程进入临界区的准则.

5、解决进程互斥的办法有几种,如何利用这些机制编写简单的P、V操作原语解决进程

间互斥和同步.

6、生产者─消费者与读写者问题各描述了什么样的进程同步和互斥的关系.

7、CPU的调度级别有几种,各在什么时候起作用.

8、作业与进程调度的算法有哪些,会定量计算得出具体环境下它们的优劣.

9、进程调度的时机.

10、死锁原因、必要条件及死锁的解决(含银行家算法).

【教学手段及方式方法】

课堂讲授与仿真实验相结合

【教学内容】

三、进程管理

（一）进程的概念

（二）进程的描述

（三）进程两状态转换—〉五状态转换

（四）进程控制

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（五）进程互斥

（六）进程同步

（七）进程通信

（八）死锁问题

1.提出及必要条件

2.预防及银行家算法

3.死锁的解决

（九）处理机分级调度

1.作业调度

2.进程调度

3.调度算法

4.算法评价

【思考题】

1、什么叫前趋图？试从并行语句标号表示的并发执行过程中恢复前趋图。

2、根据进程执行的轨迹，填写进程所处的状态。

3、什么叫挂起？解挂后进程是否可以直接运行，为什么？

4、根据程序判断违反了并发进程进入临界区准则的哪几个？

5、简述ftp传输文件的系统实现过程。

6、什么叫信号量集，为什么And同步可以预防死锁的发生？

7、有序资源使用法为什么能够预防死锁的发生？

第四章存储管理学时 12

【教学目的及要求】

一、熟练掌握

重定位技术，可变分区的分配与回收算法，局部性原理及请求分页的淘汰算法

二、掌握

系统中和地址相关的名空间、地址空间和物理空间的概念，存储管理的主要功能，虚拟存储系统，多重分区，页式虚存、段式虚存与段页式虚存、Belady现象，快表

三、了解

单道环境下的存储管理，覆盖与交换，工作集策略，分区保护机制

【教学重点与难点】

一、教学重点：

1、存储管理主要具备哪些功能.

2、区分地址空间和存储空间,相对(逻辑)地址和物理地址.什么是地址重定位.

3、重定位有几种方法,有什么区别,各有什么好处.

4、什么是虚拟存储器,支持之的物质基础是什么.

5、可变分区的分配和回收算法及保护方式.

6、覆盖与交换技术.

7、分页管理涉及的数据结构、请求页式管理、静态页式管理的地址变换过程.

8、请求分页的淘汰算法及程序的局部性原理.

9、页式管理的优缺点.

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