《计算机操作系统》教学大纲.doc

操作系统原理教学大纲适用对象：适用于网络教育、成人教育学生课程名称： 操作系统原理 课时数： 54 学分数：4先修课程： 计算机操作系统基础、数据结构、C语言课程性质： 专业基础课一、 课程性质和任务对计算机专业本科生而言，操作系统原理课程是继计算机操作系统基础、软件工程原理、数据结构等基础课、专业课程之后又一门重要的专业基础课程。该课程的教学目的是，运用软件工程原理、数据结构等专业基础知识向学生系统地介绍操作系统的设计原理和实现技术。该课程的教学内容包括操作系统体系结构、任务管理模型、资源管理模式、任务调度算法以及资源分配算法等。众所周知，在现代计算机系统中，操作系统是最核心、最基础的部件。因此，操作系统设计原理与实现技术是任何合格的计算机专业人员必须掌握的专业知识。这些知识对计算机系统底层软件开发人员、系统软件开发人员、计算机系统管理人员等均十分重要。因此，在计算机专业的课程体系中，操作系统原理向来被指定为计算机专业本科生必修的专业基础课程之一。尤其是，包括我校在内的很多大学均把操作系统原理课程列为计算机专业或相关专业的硕士及博士研究生入学考试课程。二、 教学内容与学时分配第一章 操作系统概论（6学时，一般掌握）1.1 计算机系统资源了解计算机系统的资源类型，作用。重点了解操作系统在系统资源中的地位和作用。1.2 什么是操作系统介绍不同的人从不同的角度观察现代OS时所形成的四种基本观点，综合这四种基本看法，人们才能全面地正确地认识现代OS。1.3 操作系统的形成与发展 介绍操作系统的形成过程、历史，了解批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统等产生及其基本概念。了解操作系统的进一步发展。1.4 操作系统的功能了解操作系统对计算机用户提供的一般功能，以及操作系统管理系统资源的各项功能。1.5现代操作系统的特征及基本概念综述了现代操作系统的主要特征，引入为什么操作系统需要支持多道程序设计技术？简单介绍了本课程将涉及到的重要概念。1.6 操作系统分类 根据多种分类标准对操作系统进行分类，正确认识操作系统的类型1.7 现代主流操作系统简介简单介绍了当前流行的三大操作系统产品：Windows, Linux, UNIX。本课程将以这三大操作系统为例，分析操作系统原理的具体实现。第二章 进程与调度（20学时，熟练和重点掌握）本章主要介绍：进程描述及控制、进程互斥与同步、进程死锁与饥饿、几个经典问题、进程通信及进程调度等知识，是本课程的重点及难点章。2.1进程的引入区别、认识程序的顺序执行与并发执行方式，引入进程的概念。认识进程的结构。2.2进程的状态了解进程执行轨迹、进程的状态，包括两状态进程模型和五状态进程模型，进一步认识进程的挂起状态，以及具有挂起状态的进程状态转换模型。2.3 进程的控制主要介绍进程的执行模式，学习有关操作系统内核的功能等基本知识。认识操作系统如何进行进程控制，有哪些进程控制原语。2.4 进程调度 调度的目标、原则和方式；调度的类型；介绍多种进程调度算法及其分析；简单了解实时系统与实时任务调度2.5 线程有了进程的基本概念与认识，比较性认识多线程，以及进程与线程的联系和区别，了解线程的工作机制和线程的类型。2.6 进程互斥与同步介绍了进程并发控制原理和需要解决的问题，提出进程互斥与同步的解决策略。并具体介绍了5种常见解决方法：软件方法、硬件方法、信号量方法、管程方法和消息传递方法。并详细介绍了三个经典进程互斥与同步问题：生产者/消费者问题、读者/写者问题，以及哲学家进餐的问题。重点掌握信号量方法，信号量的意义及使用。2.10消息传递 将消息传递独立介绍，要求学习进程通信的方式、共享存储区方式、消息传递机制，以及如何利用消息传递实现互斥。举例分析了如何利用消息传递解决生产者/消费者问题。2.11 进程死锁死锁是进程并发引起的一个非常严重的问题。要求了解引起死锁的原因，分析解决死锁的方法、预防死锁的方法，以及如何避免死锁、如何检测并解除死锁。第三章 存储管理（10学时，熟练和重点掌握）3.1 存储管理的任务介绍存储分配策略、存储保护技术、存储共享方式、存储扩充概念，以及地址映射原理与实现。3.2 内存划分与分配技术具体介绍内存划分方法静态划分与动态划分及其分配算法。以伙伴系统为例，分析内存划分的具体实现。3.3程序装入技术 如何从程序编辑到程序执行，如何将可执行程序装入内存，如何链接形成可执行程序是本小节介绍的内容。3.4 简单存储管理技术 何谓简单存储管理，两大管理技术连续存储管理与非连续存储管理。其中，非连续存储管理又分为：分页式存储管理和分段式存储管理两种类型。将分页式存储管理和分段式存储管理结合起来，形成段页式存储管理。3.5 虚拟存储管理技术 有了简单存储管理知识，进一步学习虚拟存储技术。包括虚拟存储分页技术、 虚拟存储分段技术，以及虚拟存储段页式技术。重点掌握虚拟存储系统的软件策略，如页面置换算法等。第四章 设备管理（10学时，熟练和重点掌握）主要介绍计算机I/O子系统的组成、OS设备管理模块的结构、I/O缓冲技术、磁盘调度策略、RAID技术等知识。4.1 设备管理概述介绍设备管理的主要功能，设备管理分层模型，以及设备管理工作流程。4.2 计算机I/O子系统的组成介绍I/O系统的结构，设备的控制，以及I/O控制方式。4.3 设备分类了解I/O设备与存储设备的区别，块设备与字符设备的区别，以及独占设备与共享设备的区别。4.4 设备分配设备分配的相关数据结构。了解何谓设备无关性，如何分配设备（算法），包括独占设备的分配和共享设备的分配。4.5 I/O缓冲技术了解为何需要缓冲技术，硬件缓冲和软件缓冲的区别，以及缓冲区的不同组织形式。如何实现缓冲技术。4.6 虚拟设备何谓虚拟设备，为什么引入虚拟设备的概念。虚拟设备的实现，并介绍了SPOOLing系统。4.7 磁盘设备的管理磁盘设备的地位和作用，磁盘设备的物理特性，常见的磁盘调度策略，调整磁盘I/O性能，磁盘容错技术与RAID技术第五章 文件管理（8学时，熟练和重点掌握）主要介绍文件管理系统、文件的逻辑组织、文件目录、文件共享、文件存储空间的管理5.1 文件系统概述5.2 文件系统与数据库管理系统的关系5.3 文件的概念、类型，以及对文件的操作5.4文件目录介绍文件目录的内容，对文件目录的操作，以及几种常见的目录结构5.5 文件的逻辑组织与访问以有结构文件为例，介绍有结构文件与文件系统的关系，以及几种常用的文件类型：堆文件、顺序文件、索引顺序文件、索引文件、直接（哈希）文件5.6 文件的物理组织 存储空间的管理 文件存储空间分配的有关问题,文件存储空间的分配技术,空闲空间的管理5.7 逻辑文件与物理数据块之间的转换字节流、记录与数据块之间的转换关系，记录如何组成数据块5.8 文件共享 文件共享的控制,文件共享的实现5.9 文件保护与安全 文件保护，安全性管理5.10 文件系统的可靠性如何进行系统备份，何谓文件系统数据的一致性，如何实现。三、 教材和参考资料1. 计算机操作系统原理与实例分析，蒲晓蓉 张伟利，机械工业出版社（教材）2. Operating System Internals and Design principles, William Stallings , TsingHua University Press（参考书）3. Applied Operating System Concepts , Abraham Silberschatz etc. , Higher Education Press（参考书）4. 计算机操作系统，汤子瀛 etc.,西安电子科技大学出版社（第3版）（参考书） 蒲晓容 编 2003年10月