操作系统课程设计教案.doc

山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：Nachos系统综述 教学日期：10-9/20授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Nachos系统在操作系统内核实验教学中的作用和地位,如何利用Nachos系统培养和启发开发系统软件的能力要求：说明Nachos系统概貌，如何安装Nachosx系统,如何配置Nachos系统的开发和运行环境。授课主要内容及学时分配讲授Nachos系统的主要作用和功能。（0.4学时）讲授Nachos系统的实验环境、安装方法和系统结构。（0.4学时）讲授Nachos系统的开发过程。Makefile文件的设计和管理方法。（0.4学时）讲授Nachos系统内核跟踪和调试的方法。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：Nachos系统的安装和系统结构。要求: 掌握。难点：Makefile文件的设计和管理。要求:了解。主要外语词汇Nachos Operating System tar C+ emacs gdbmakeMakefile辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教, 多媒体课件复习思考题1.What is the purpose of ystem program?2. What is main advantage of Nachos?3. How does Makefile in Nachos?参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 1,2,3Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 1,2,3山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：线程的创建与管理 教学日期：10-9/27授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解操作系统内核中对线程的基本管理技术，培养学生编制、开发和改进内核级线程管理机制的技能，启发学生对内核线程管理机制的创新思路。要求：说明操作系统内核中进线程的基本管理机制，并说明如何进行内核线程的实验和开发。让学生实现一个按优先数策略调度线程的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授操作系统内核中线程的创建/撤销。（0.4学时）讲授操作系统内核中线程的并发控制。（0.4学时）讲授操作系统内核中线程的调度。（0.4学时）讲授操作系统内核中线程上下文切换的实现过程。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：操作系统内核中线程的并发控制和调度.。要求: 掌握。难点：线程上下文切换的实现过程 。要求: 熟悉。主要外语词汇Thread Concurrent ScheduleSwitch辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. Are Nachos threads kernel threads or user threads, if Nachos runs on a raw hardware or Nachos runs on a UNIX system?2. Suppose that thread A calls function Run(Thread *nextThread) and nextThread points to thread B. Within the this function, the assembly function SWITCH(oldThread, nextThread);(a From the machines point of view, what thread does this function call return to? (b From the viewpoint of thread A, when and how does this function call return?参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 4,5,6Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 4,5,6山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：线程间的同步机制 教学日期：10-10/11授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Nachos系统如何实现并发进程同步机制的，如何利用和改进这些同步机制解决实际的同步问题。启发学生对同步机制的创新思路。,要求：说明Nachos系统同步机制的实现方法，并说明如何进行同步机制的实验和开发。让学生利用Nachos操作系统的同步机制生成一个能解决多生产者/消费者问题的新内核。授课主要内容及学时分配讲授Nachos系统信号灯的实现和主要功能。（0.4学时）讲授Nachos系统锁的实现和主要功能。（0.4学时）讲授Nachos系统Mesa样式管程的实现和主要功能。（0.4学时）讲授如何利用信号灯解决多生产者/消费者问题。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：信号灯的实现和主要功能。要求: 掌握。难点：Mesa样式管程的实现和主要功能。要求: 熟悉。主要外语词汇SynchronizationSemaphore LockMonitor辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. Explain why starvation is possible if the waiting queue of semaphore is implemented by using the LIFO order.2. Provide another example showing that incorrect results may occur when producer and consumer processes run the programs in page 190 of the text.3. If the P() and V () operations of semaphore are not executed atomically, show how the mutual exclusion intended in the code in Figure 7.11 of the text may be violated.参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 7，8Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 7，8山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：Hoare样式管程的实现 教学日期：10-10/18授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Hoare样式管程的同步机理，如何在操作系统内核中构造Hoare样式管程并用它解决实际的同步问题。启发学生对管程同步机制的创新思路。,要求：说明Nachos系统同步机制的实现方法，并说明如何进行管程的实验和开发。让学生实现一个带有管程机制的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授Hoare样式管程的同步机理。（0.4学时）讲授如何在操作系统中实现Hoare样式的管程。（0.4学时）讲授如何在Hoare样式的管程中实现条件变量。（0.4学时）讲授如何利用管程解决多生产者/消费者问题。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：Hoare样式的管程同步机理。要求: 掌握。难点：Hoare样式的管程实现。要求: 熟悉。主要外语词汇HoareCondition WaitSignal辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教、多媒体课件复习思考题1. Explain why the Hoare style condition variables degenerate to the Mesa style condition variables if if operation Signal() can only appear as the last state-ment in all functions of a monitor.2. Write a monitor for the bounded-buffer problem. Implement this monitor in Nachos using (a) the existing Mesa style condition variables (b) the Hoare style condition variables you implemented previously.参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 7，8Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 7，8山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：MISP虚拟机和内存管理 教学日期：10-10/25授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Nachos内核是如何模拟一个真实计算机硬件的，用户程序是如何在MIPS虚拟机上运行的。怎样编写和开发内存管理程序。启发学生构造内存管理机制的创新思路。要求：说明Nachos内核是如何模拟一个真实计算机硬件的，并说明如何进行内存管理的实验和开发。 让学生实现一个能同时驻留多道用户程序的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机CPU的。（0.4学时）讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机的内存的。（0.4学时）讲授Nachos内核是如何模拟一个MISP计算机页式内存管理部件的。（0.4学时）讲授Nachos内核是如何将一个用户可执行程序装入内存执行的。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：用户可执行程序的装入和执行.。要求: 掌握。难点：页式内存管理部件管理 。 要求: 熟悉。主要外语词汇MIPS SimulatorMemory Translation辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1 Suppose that a memory reference instruction of a 32-bit machine can have at most two memory references. The instruction that has two memory ref-erences itself takes two 32-bit words. The machine allows at most 8 levels of indirection for each memory reference. What is the minimum number of frames that must be allocated to a process on this machine? Why?参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 9,10Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 9,10山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：系统调用的实现 教学日期：10-11/1授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：说明操作系统系统调用的基本机制，怎样编制开发系统调用接口和系统调用管理程序。启发学生对系统调用的创新思路。要求： 能实现一个具有fork,Exec等基本系统调用功能的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授系统调用接口和用户程序是怎样链接的。（0.6学时）讲授系统调用异常是怎样进入的。（0.6学时）讲授系统调用管理程序应当怎样实现。（0.6学时）安排本节实验内容（0.2学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：系统调用管理程序的设计.。 要求: 掌握。难点：fork,Exec系统调用的实现。 要求: 熟悉。主要外语词汇System call InterfacesStub Exception Trapfork辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. When linking start.o and the object module of a Nachos user program, sayhalt.o, why must we put start.o before halt.o?2. Describe all the changes you need to make in the Nachos code in order toimplement the remaining 10 systems calls参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 3,9,10Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 3,9,10山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：虚拟内存 教学日期：10-11/8授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：说明Nachos系统虚拟内存的基本机制。启发学生对操作系统虚拟内存设计的创新思路。要求：启发出学生如何进行虚拟内存实验的思路。授课主要内容及学时分配讲授Nachos构造虚拟内存的基本机制。（0.6学时）讲授请求式内存页式管理设计技术（0.6学时）讲授页置换策略算法的实现技术（0.6学时）安排本节设计开发实验内容（0.2学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：分页式虚拟内存的构造.。要求: 掌握。难点：页置换策略的实现。 要求: 熟悉。主要外语词汇Virtual MemoryTLBDemand PagingPage ReplacementFrames辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. What is the minimum of page frame a process ?2. What allocation to use ?3. Whether yu apply the allocation algorithm globally or locally参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 3,9,10Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 3,9,10山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：文件系统接口 教学日期：10-11/15授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Nachos文件系统的层次和结构，如何操作文件系统。启发学生扩展文件系统功能的创新思路。要求：说明Nachos文件系统的层次和结构，并说明如何进行文件系统操作的实验和开发。 让学生实现一个具有独立文件系统的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授Nachos文件系统的层次和结构。（0.4学时）讲授Nachos系统中的打开文件系统。（0.4学时）讲授Nachos系统中的文件目录结构。（0.4学时）讲授怎样操作Nachos文件系统 。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：Nachos文件系统的层次和结构。要求: 掌握。难点：Nachos系统中的打开文件系统 。要求: 熟悉。主要外语词汇File system Open filesDirectory File Operations辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. What are the sector numbers of data blocks for file big? 2. What is the sector number of the disk to store the file header for file big? 参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 11Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 11山东大学授课教案课程名称 ：操作系统课程设计 本次授课内容：I/O系统和文件系统的实现 教学日期：10-11/22授课教师姓名：张鸿烈 职称：高级实验师 授课对象：本科 授课时数：2教材名称及版本：Nachos Study v3.4 授课方式：讲课本单元或章节的教学目的与要求：目的：让学生了解Nachos系统中I/O系统和文件系统的实现方法，如何扩展文件系统功能。启发学生扩展文件系统功能的创新思路。要求：Nachos系统中I/O系统和文件系统的实现，并说明如何进行文件系统扩展的实验和开发。 让学生实现一个具有扩展功能文件系统的Nachos操作系统新内核。授课主要内容及学时分配讲授Nachos文件系统的组织层次。（0.4学时）讲授Nachos系统中设备控制的方法。（0.4学时）讲授Nachos系统中文件空间的管理方法。（0.4学时）讲授Nachos文件系统中目录和I节点的管理方法。（0.4学时）安排本节实验内容（0.4学时）重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）重点：Nachos文件系统的文件空间和I节点的管理方法。要求: 掌握。难点：Nachos系统中设备控制的方法 。要求: 熟悉。主要外语词汇I/O Control Free SpaceI-Node Directory辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示教等）板书、示教复习思考题1. According to the result of the last command nachos D and the result of od c DISK , how many files are there on the hard disk DISK? 2. The sector size of the Nachos hard disk is 128 bytes. Could you check the result of od -c DISK to make sure that the data blocks and the file header of big are in the right places in the disk? 参考教材（资料）Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Operating System Concepts”, 6th Edition. Chapter 12，13Silberschatz, A., Galvin, P., and Gagne, G., ”Appled Operating System Concepts”. Chapter 12，13