上海理工大学管理学院教学大纲.docx

操作系统操作系统 AOperating System A【课程代码】12002900【开课学院】光电信息与计算机工程学院【总学分数】4.0【课程类别】理论类【总学时数】64【编写日期】2015 年 10 月一、课程目标/学习结果本课程概述操作系统的形成、类型和功能；阐述了进程管理的主要方法，包括 进程和线程的基本概念、进程的同步和通信、调度和死锁等问题；详细介绍了存储 器管理的分页、分段的存储管理方式和虚拟存储器的概念以及实现原理；讨论了设 备管理、文件系统以及磁盘存储器的管理原则；介绍了操作系统接口的各种实现方 式；简述了多处理机操作系统的结构、进程同步和进程调度的基本原理；介绍了多 媒体操作系统在进程管理中的需解决的问题和接纳控制的工作原理以及多媒体存储 器的分配方法。本课程的教学目标是通过本课程的学习，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。 掌握不少于500个英语专业词汇，提高学生阅读外文文献的能力。每章节涵盖一定自 学内容，以提升学生的自学能力。二、教学内容和学时分配学时分配理论理论54实验实验0上机上机10学习负荷54 学时(课内)+54 学时(自学)授课语言中文前修课程程序设计语言（C、C+或者 java）课程内容第一章 操作系统引论 （授课 4 学时，自学 4 学时） 教学内容： 操作系统目标和作用、操作系统的发展过程、操作系统的基本 特性、操作系统的主要功能、操作系统的结构设计。 基本要求：重点掌握操作系统的基本特性和操作系统的主要功能，掌握操 作系统目标和作用，了解操作系统的发展过程和操作系统的结构设 计。 第二章 进程管理（授课 10 学时，自学 10 学时）教学内容： 前趋图和程序执行；进程的描述；进程的控制；进程同步；经 典进程的同步问题；进程通信；线程的基本概念、线程的实现。 基本要求: 重点掌握进程的几种基本状态的转化条件和具体过程，用信号 量机制实现进程同步和进程互斥；掌握进程和线程的基本概念，进 程的并发执行原理；了解进程传递通讯的实现方法，线程间的同步 和通信、线程的实现。 第三章 处理机调度与死锁（授课 10 学时，上机 6 学时，自学 10 学时）教学内容： 处理机调度的层次和调度算法的目标；作业与作业调度；进程 调度；实时调度；死锁概述；预防死锁；避免死锁；死锁的检测、 死锁的解除。 基本要求: 重点掌握先来先服务和短作业优先调度算法、高优先级优先调 度算法、基于时间片的轮转调度算法的工作原理，利用银行家算法 避免死锁；掌握调度队列模型和选择调度方式、调度算法的若干准 则，产生死锁的原因、产生死锁的必要条件，系统安全状态的判断 方法；了解处理机调度的类型、实时调度的相关原理，死锁的检测、 死锁的解除。 上机实验内容：（3 学时+3 学时） 进程调度算法实现：编写进程调度程序，实现调度算法选用时 间片轮转、优先数算法。 银行家算法实现：编写银行家算法，算法中有安全性检测， 银行家算法。 第四章 存储器管理（授课 4 学时，上机 3 学时，自学 4 学时） 教学内容： 存储器的层次结构；程序的装入、程序的链接；连续分配存储 管理方式；对换；分页存储管理方式、分段存储管理方式。 基本要求： 重点掌握连续分配存储管理方式中的动态分区分配算法，基本 分页存储管理方式和基本分段存储管理方式中逻辑地址与物理地址 的转换。掌握多级存储器的结构，了解程序的装入、程序的链接的 相关原理。 上机实验内容：（4 学时） 分区管理算法实现：编写可变分区存储管理程序，完成首次 适应法、最佳适应法。 考虑各种情况下的空闲区回收编程实现。 第五章 虚拟存储器（授课 4 学时，自学 4 学时） 教学内容： 虚拟存储器概述，请求分页存储管理方式，页面置换算法， “抖动”与工作集；请求分段存储管理方式。 基本要求：重点掌握虚拟存储器的基本概念，最佳置换算法和先进先出置 换算法、最近最久未使用置换算法，掌握请求分页中的硬件支持、 内存分配策略和分配算法，请求分段中的硬件支持、分段的共享与 包换，了解 Clock 置换算法。 第六章 输入输出系统（授课 4 学时，自学 4 学时） 教学内容： I/O 系统的功能、模型和接口；I/O 设备和设备控制器；中继 机构和中断处理程序；设备驱动程序；与设备无关的 I/O 软件；用 户层的 I/O 软件；缓冲区管理；磁盘存储器的性能和调度。基本要求： 重点掌握 I/O 系统的模型、设备控制器的工作原理、单缓冲和 双缓冲的工作原理，SPOOLing 技术；掌握程序 I/O 方式、中断驱 动 I/O 控制方式、直接存储器访问控制方式、I/O 通道控制方式， I/O 软件的设计目标和原则；了解设备分配中的数据结构、设备分 配时应考虑的因素、独占设备的分配程序。 第七章 文件管理（授课 2 学时，自学 2 学时） 教学内容：文件和文件系统，文件的逻辑结构，文件目录，文件共享，文 件保护。 基本要求： 重点掌握文件逻辑结构的类型、顺序文件、索引文件、索引顺 序文件；掌握文件相关的概念，文件目录管理的方法；了解文件共 享和文件保护的相关知识。 第八章 磁盘存储器的管理（授课 2 学时，自学 2 学时） 教学内容： 外存的组织方式，文件存储空间的管理，提高磁盘 I/O 速度的 途径，提高磁盘可靠性的技术，数据一致性控制。 基本要求： 重点掌握连续分配、链接分配、索引分配，掌握目录结构、目 录查询技术，空闲表法和空闲链表法、位示图法、成组链接法，了 解提高磁盘 I/O 速度的途径，提高磁盘可靠性的技术，数据一致性 控制。 第九章 操作系统接口（授课 3 学时，自学 4 学时） 教学内容： 用户接口，Shell 命令语言，联机命令接口的实现，系统调用 的概念和类型，UNIX 系统调用，系统调用的实现。 基本要求：重点掌握用户接口方式，Shell 命令语言；掌握系统调用的概 念和类型；了解联机命令接口的实现，UNIX 系统调用，系统调用 的实现。 第十章 多处理机操作系统（授课 6 学时，自学 6 学时） 教学内容： 多处理机系统的基本概念，多处理机系统的结构，多处理机操 作系统的特征与分类，进程同步，多处理机系统的进程调度，网络操作系统，分布式文件系统。 基本要求： 掌握多处理机系统的结构，多处理机系统的同步机制；了解多 处理机系统的类型，多处理机系统的进程调度算法，网络操作系统， 分布式文件系统。 第十一章 多媒体操作系统（授课 6 学时，自学 6 学时） 教学内容： 多媒体系统的简介，多媒体文件中的各种媒体，多媒体进程管理 中的问题和接纳控制，多媒体实时调度，媒体服务器的特征和接纳控 制，多媒体存储器的分配方法，高速缓存与磁盘调度。 基本要求： 重点掌握多媒体实时调度的算法，掌握多媒体存储器的分配方法， 了解多媒体系统的特点，多媒体进程管理中的问题及控制方法，高速 缓存与磁盘调度的相关方法。三、课程考核考试资格按上海理工大学全日制本科生课程考核管理办法执行。考核形式 闭卷笔试 开卷/半开卷 小论文 报告 口试 作品 口笔试兼用 上机 技能操作 其他（请注明） 成绩构成30%平时成绩+70%考试成绩四、教材与学习资源课程网站http:/cc.usst.edu.cn/Able.Acc2.Web/Template/View.aspx?action=view&cou rseType=0&courseId=3919课程教材教材： 1 汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著，计算机操作系统（第四版） ，西安电子科技大学出版社，2014 年 5 月 实验指导书： 2 自编（提供电子版） 3 郑然、庞丽萍编著，计算机操作系统实验指导，人民邮电出版社， 2014 年 7 月参考书目1 张尧学、宋红、张高编著，计算机操作系统教程（第 4 版） ，清华 大学出版社，2013 年 10 月 2 Abraham Silberschatz, Peter Baer Galivin, Greg Gagnl. Operating System Concepts(Seventh Edition), 高等教育出版社，2007 年 3 月 五、教学进程安排（一）理论教学部分教学进程学时教学内容教学内容：教学内容：第一章 操作系统目标和作用、操作系统的发展过程、 操作系统的基本特性、操作系统的主要功能、操作系统的结构 设计。14作业内容：作业内容：操作系统的并发性实现。 教学内容：教学内容：第二章（1）进程基本概念、程序的并发执行及其特 征、进程控制块；进程的三个基本状态和进程的创建和终止， 进程的阻塞与唤醒、进程的挂起与激活等状态之间的转化。24作业内容：作业内容：进程的 5 种状态之间的转化。 教学内容：教学内容：第二章（2）进程同步的基本概念、信号量机制、信 号量的应用、管程机制、虚拟技术、异步性；生产者消费者 问题、哲学家进餐问题、读者写者问题；通信的类型、消息 传递通信的实现方法、消息缓冲队列通信机制。34作业内容：作业内容：信号量机制的简单和基本问题的运用。 教学内容：教学内容：第二章（3）线程的基本概念、线程间的同步和通信、 线程的实现。第三章（1）处理机调度的层次、高级调度、低级 调度、中级调度；调度队列模型和选择调度方式、调度算法的 若干准则；先来先服务和短作业优先调度算法、高优先级优先 调度算法。44作业内容：作业内容：先来先服务和短作业优先调度算法、高优先级优先 调度算法。 教学内容：教学内容：第三章（2）实现实时调度的基本条件、实时调度算 法的分类、常用的几种实时调度算法；产生死锁的原因、产生 死锁的必要条件、处理死锁的基本条件。54作业内容：作业内容： 死锁的判断。 63上机（见实践内容上机（见实践内容 A）教学内容：教学内容：第三章（3）预防死锁、系统安全状态、利用银行家 算法避免死锁；死锁的检测、死锁的解除。第四章（1） 存储 器的层次结构、程序的装入与链接。74作业内容：作业内容：银行家算法。 83上机（见实践内容上机（见实践内容 B）教学内容：教学内容：第四章（2）对换、基本分页存储管理方式、基本分 段存储管理方式94作业内容：作业内容：基本分页存储管理方式、基本分段存储管理方式中 的逻辑地址与物理地址的转换。 教学内容：教学内容：第五章 虚拟存储器概述，请求分页存储管理方式， 页面置换算法，请求分段存储管理方式。104作业内容：作业内容：请求分页存储管理方式中的页面置换算法的应用。 114上机（见实践内容上机（见实践内容 C）124教学内容：教学内容：第六章 I/O 系统的功能、模型和接口，I/O 设备和设 备控制器，中继机构和中断处理程序，设备驱动程序，与设备无关的 I/O 软件、用户层的 I/O 软件，缓冲区管理，磁盘存储 器的性能和调度。作业内容：作业内容：单缓冲区和双缓冲区的管理，磁盘调度算法。教学内容：教学内容：教学内容：教学内容：第七章 文件和文件系统，文件的逻辑结 构，文件目录，文件共享，文件保护。第八章外存的组织方式， 文件存储空间的管理。 自习内容：自习内容：提高磁盘 I/O 速度的途径，提高磁盘可靠性的技术， 数据一致性控制。 （2 小时）134作业内容：作业内容：文件存储空间的管理。教学内容：教学内容：第九章 用户接口，Shell 命令语言，联机命令接口的 实现，系统调用的概念和类型，UNIX 系统调用，系统调用的实 现。144作业内容：作业内容：系统调用的实现。教学内容：第十章教学内容：第十章 多处理机系统的基本概念，多处理机系统的 结构，多处理机操作系统的特征与分类，进程同步的基本概念 和方式。 自学内容：自学内容：进程同步的几种典型的算法，多处理机系统的进程 调度，网络操作系统，分布式文件系统。 （3 小时）154作业内容：作业内容：多处理机操作系统的特征与分类教学内容：教学内容：第十一章 多媒体系统的简介，多媒体文件中的各种 媒体，多媒体进程管理中的问题和接纳控制，多媒体存储器的 分配方法。 自学内容：自学内容：多媒体实时调度，媒体服务器的特征和接纳控制， ， 高速缓存与磁盘调度。 （3 小时）164作业内容：作业内容：多媒体存储器的分配方法。 172教学内容：复习教学内容：复习（二）实践教学部分实践内容教学进程学时教学内容教学内容：；教学内容：；时间片轮转调度算法；非抢占式高优先 级优先调度算法。内容 A13作业内容：作业内容：编程实现一个进程调度算法：分别选用 时间片轮转和优先数算法实现调度算法。 教学内容：教学内容：判断系统的安全状态；利用银行家算法避 免死锁。内容 B13作业内容：作业内容：编程实现利用银行家算法判断系统的安全 状态以及寻找进程资源分配的安全序列。 教学内容：教学内容：连续分配存储管理方式中的基于顺序搜索 的动态分区分配算法12作业内容：作业内容：编程实现动态分区分配算法中的首次适应 算法和最佳适应算法。内容 C22教学内容：教学内容：连续分配存储管理方式中的空闲空间的回 收算法。作业内容：作业内容：编程实现空闲空间的回收算法。课程大纲撰写人：袁健课程大纲撰写人：袁健课程责任教授：袁健课程责任教授：袁健专业负责人：赵逢禹专业负责人：赵逢禹