課程簡介
Course Introduction
??
（一）課程性質(zhì)
本課程是計算機科學與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一，屬于必修課程。
操作系統(tǒng)”是計算機系統(tǒng)不可缺少的組成部分，負責對系統(tǒng)中各種資源進行有效的管理和對各種活動進行正確的組織，使整個計算機系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致且高效地工作，指揮計算機系統(tǒng)正常運行。操作系統(tǒng)基于硬件，并對硬件實施管理，并構(gòu)成對所有軟件運行的支持平臺，給用戶使用計算機而提供方便靈活友好的接口。
本課程的先修課為計算機組成原理、微機原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級語言程序設計；后續(xù)課程為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、計算機網(wǎng)絡、分布式系統(tǒng)等。
（二）教學目的
通過本課程的學習，使學生在深刻理解計算機系統(tǒng)整體概念的基礎之上，掌握操作系統(tǒng)的基本內(nèi)容及實現(xiàn)方法，掌握操作系統(tǒng)對計算機系統(tǒng)中各種資源的管理和控制功能，從而使學生具備一定的系統(tǒng)軟件開發(fā)技能，為以后從事的研究、開發(fā)工作（如設計、分析或改進各種系統(tǒng)軟件和應用軟件）提供必要的軟件基礎和基本技能。
（三）教學內(nèi)容
本課程內(nèi)容包括:緒論，是對操作系統(tǒng)的一般性描述，包括什么是操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)在整個計算機系統(tǒng)的地位及其發(fā)展歷史，它的功能、分類等；作業(yè)管理和Linux用戶接口，介紹作業(yè)和操作系統(tǒng)用戶接口，包括作業(yè)的基本概念和作業(yè)的建立過程、Linux介紹和它所提供的用戶接口等；進程管理，主要介紹進程和線程的概念、進程控制、進程同步/互斥、死鎖、進程間通信、線程等；處理機調(diào)度，主要介紹作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度、各種調(diào)度算法及其評價等；存儲管理，介紹常見存儲管理的方法，虛擬存儲管理的實現(xiàn)等；Linux進程和存儲管理；文件系統(tǒng)，包括文件系統(tǒng)的概念、文件結(jié)構(gòu)和文件存取、文件目錄管理、Linux文件管理等；設備管理；面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。
（四）教學時數(shù)
課內(nèi)學時:60
（五）教學方式
本課程的教學環(huán)節(jié)包括:課堂講授、習題課、課堂討論、批改作業(yè)、課外輔導、實驗相結(jié)合，并逐步采用CAI、網(wǎng)絡教學等教學手段。通過本課程各個教學環(huán)節(jié)的教學，重點培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題解決問題的能力。
教學方法:采用啟發(fā)式教學，鼓勵學生自己針對某種操作系統(tǒng)進行分析和研究，培養(yǎng)學生的自學能力，以“少而精”為原則，精選教學內(nèi)容，精講多練，調(diào)動學生學習的主觀能動性。
教學手段:開展電子教案、CAI課件的研制、引進和應用，研制多媒體教學系統(tǒng)。
考試環(huán)節(jié):考試形式采用筆試，考試題型分為:填空題、選擇題、判斷題、簡答題、分析設計題。
教學大綱
Teaching Syllabus
第1章 緒論
教學要點:
操作系統(tǒng)的概念及其發(fā)展歷史、分類，操作系統(tǒng)功能，研究操作系統(tǒng)的觀點。本章是對操作系統(tǒng)的一般性描述。
教學時數(shù):4學時
教學內(nèi)容:
1.1 操作系統(tǒng)概念 （0.5學時）
掌握操作系統(tǒng)的概念及其在計算機系統(tǒng)中的作用。
1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史 （1學時）
了解操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史。
1.3 操作系統(tǒng)的基本類型 （1學時）
理解批處理系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、個人計算機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡和分布式操作系統(tǒng)的特點。
1.4 操作系統(tǒng)的功能 （1學時）
掌握操作系統(tǒng)的處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理和用戶接口五大功能。
1.5 研究操作系統(tǒng)的幾種觀點 （0.5學時）
了解操作系統(tǒng)是計算機資源的管理者觀點，用戶界面觀點，進程管理觀點。
考核要求:
1． 識記:什么是操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的分類。
2． 領會:操作系統(tǒng)的功能，操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史及研究觀點。
第2章 作業(yè)管理和Linux用戶接口
教學要點:
作業(yè)的概念和建立過程，操作系統(tǒng)為用戶提供的接口，Linux用戶接口，Linux shell編程。
教學時數(shù):8學時
教學內(nèi)容:
2.1 作業(yè)的基本概念 （1學時）
掌握作業(yè)的定義，作業(yè)的組織。
2.2 作業(yè)的建立過程 （1學時）
掌握作業(yè)的輸入方式、JCB的建立；掌握SPOOLING系統(tǒng)。
2.3 用戶接口 （1學時）
掌握作業(yè)控制、系統(tǒng)調(diào)用；了解用戶接口的演變。
2.4 分時作業(yè)管理 （0.5學時）
了解分時作業(yè)管理。
2.5 Linux簡介 （1學時）
了解Linux的發(fā)展歷史和發(fā)展前景，Linux系統(tǒng)的特點，Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
2.6 Linux的Shell （1.5學時）
理解Shell提供的命令種類，程序語言Shell，make命令。
2.7 Linux的系統(tǒng)調(diào)用 （1學時）
理解有關設備管理的系統(tǒng)調(diào)用，有關文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用，有關進程控制的系統(tǒng)調(diào)用，有關進程通信的系統(tǒng)調(diào)用，有關存儲管理的系統(tǒng)調(diào)用。
2.8 Linux桌面環(huán)境KDE介紹 （1學時）
了解Linux桌面環(huán)境KDE介紹。
考核要求:
1． 識記并領會:作業(yè)的概念，JCB的建立，SPOOLING系統(tǒng)，操作系統(tǒng)用戶接口。
2． 分析:Linux的Shell，Linux的系統(tǒng)調(diào)用。
第3章 進程管理
教學要點:
進程的概念和描述，進程的同步和互斥，進程通信，死鎖。
教學時數(shù):10學時
教學內(nèi)容:
3.1 進程和線程的概念 （1學時）
掌握程序的并發(fā)執(zhí)行、進程的定義、作業(yè)和進程的關系；了解線程的概念。
3.2 進程的描述 （1學時）
掌握進程控制塊PCB，進程上下文。
3.3 進程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 （1學時）
掌握進程的三種基本狀態(tài):執(zhí)行狀態(tài)、等待狀態(tài)、就緒狀態(tài)，三種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。
3.4 進程控制 （1學時）
理解進程的創(chuàng)建與撤消，進程的阻塞與喚醒。
3.5 進程互斥 （2學時）
掌握資源共享所引起的制約，互斥的加鎖實現(xiàn)，信號量和P、V原語，用P、V原語實現(xiàn)進程互斥。
3.6 進程同步 （1學時）
掌握同步的概念，私用信號量，用P、V原語實現(xiàn)同步；理解生產(chǎn)者——消費者問題。
3.7 進程通信 （1.5學時）
理解進程的通信方式，消息緩沖機制，郵箱通信。
3.8 死鎖問題 （1.5學時）
掌握死鎖的概念，死鎖的排除方法，銀行家算法。
考核要求:
1． 識記:進程的概念和描述，進程的互斥和同步，死鎖的產(chǎn)生條件，線程的概念。
2． 領會:進程控制，進程通信， 死鎖的排除方法和各種算法。
第4章 處理機調(diào)度
教學要點:
作業(yè)調(diào)度，進程調(diào)度，各種調(diào)度算法及其評價，多處理機調(diào)度機制。
教學時數(shù):6學時
教學內(nèi)容:
4.1 分級調(diào)度 （1學時）
作業(yè)的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換，調(diào)度的層次。
4.2 作業(yè)調(diào)度 （1學時）
掌握作業(yè)調(diào)度功能，作業(yè)調(diào)度目標與性能衡量。
4.3 進程調(diào)度 （1學時）
掌握進程調(diào)度的功能，進程調(diào)度的時機，進程上下文切換；理解進程調(diào)度性能評價。
4.4 調(diào)度算法 （1學時）
掌握先來先服務調(diào)度算法，輪轉(zhuǎn)法，多級反饋輪轉(zhuǎn)法，優(yōu)先級法，靜態(tài)優(yōu)先級，動態(tài)優(yōu)先級。
4.5 算法評價 （1學時）
理解FCFS方式的調(diào)度性能分析，輪轉(zhuǎn)法調(diào)度性能評價，線性優(yōu)先級法的調(diào)度性能。
4.6 多處理機調(diào)度 （1學時）
了解多處理機系統(tǒng)的概念，多處理機操作系統(tǒng)的分類，多處理機系統(tǒng)調(diào)度策略。
考核要求:
1． 識記:作業(yè)調(diào)度的功能和目標。
2． 領會:進程調(diào)度，調(diào)度算法的性能評價。
3． 分析及應用進程調(diào)度算法。
第5章 存儲管理
教學要點:
虛擬存儲器的概念，分區(qū)存儲管理，頁式存儲管理，段式與段頁式存儲管理。
教學時數(shù):12學時
教學內(nèi)容:
5.1 存儲管理的功能 （1.5學時）
掌握虛擬存儲器，內(nèi)外存數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂疲瑑?nèi)存的分配與回收；理解地址變換，內(nèi)存信息的共享與保護。
5.2 單道環(huán)境下的存儲管理 （0.5學時）
理解單一連續(xù)區(qū)分配；了解單一連續(xù)區(qū)管理方式的優(yōu)缺點。
5.3 分區(qū)存儲管理 （2學時）
理解分區(qū)管理基本原理，分區(qū)的分配與回收。
5.4 覆蓋與交換技術(shù) （1學時）
理解覆蓋技術(shù)，交換技術(shù)。
5.5 頁式管理 （3學時）
掌握頁式管理的基本原理，靜態(tài)頁面管理，動態(tài)頁式管理，存儲保護；理解請求頁式管理中的置換算法；了解頁式管理的優(yōu)缺點。
5.6 段式與段頁式管理 （3學時）
掌握段式管理的基本思想，段頁式管理的基本思想；理解段式管理的實現(xiàn)原理，段頁式管理的實現(xiàn)原理；了解段式管理的優(yōu)缺點。
5.7 局部性原理和抖動問題 （1學時）
掌握局部性原理；理解工作集概念。
考核要求:
1. 識記:存儲管理的功能，虛擬存儲器的概念，頁式管理的基本原理，動態(tài)頁式管理，頁式管理存儲保護，段式管理和段頁式管理的基本思想，局部性原理。
2. 領會:地址變換，分區(qū)管理的基本原理，分區(qū)的分配與回收，靜態(tài)頁式管理，段頁式管理的實現(xiàn)原理，工作集概念。
3. 應用:請求頁式管理中的置換算法。
第6章 Linux進程和存儲管理
教學要點:
Linux進程結(jié)構(gòu)、進程控制，Linux進程調(diào)度與交換，進程間通信，Linux存儲管理方式。
教學時數(shù):8學時
教學內(nèi)容:
6.1 Linux進程和存儲管理介紹 （1學時）
6.2 Linux進程結(jié)構(gòu) （1學時）
掌握Linux進程的概念，進程的虛地址結(jié)構(gòu)，進程上下文，進程的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
6.3 Linux進程控制 （1學時）
了解Linux啟動和進程樹的形成，理解Linux進程控制。
6.4 Linux進程調(diào)度與交換 （1學時）
掌握Linux進程調(diào)度，交換。
6.5 進程間通信 （2學時）
掌握Linux的低級通信，進程間通信IPC。
6.6 Linux存儲管理 （2學時）
掌握Linux虛存空間劃分和管理思想；理解Linux的內(nèi)存分配與釋放，地址變換過程，Linux的請求調(diào)頁技術(shù)。
考核要求:
1. 領會:Linux進程控制，內(nèi)存的分配與釋放，Linux進程結(jié)構(gòu)。
2. 分析:Linux進程調(diào)度，進程間通信，Linux的頁式存儲管理。
第7章 文件系統(tǒng)
教學要點:
文件系統(tǒng)的作用，文件的結(jié)構(gòu)與存取，文件的目錄管理。
教學時數(shù):12學時
教學內(nèi)容:
7.1 文件系統(tǒng)的概念 （1學時）
掌握文件系統(tǒng)的引入，文件與文件系統(tǒng)的概念，文件的分類。
7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu)與存取方法 （1學時）
理解文件的邏輯結(jié)構(gòu)，存取方法，順序存取法，隨機存取法，按鍵存取法。
7.3 文件的物理結(jié)構(gòu)與存儲設備 （1學時）
理解文件的物理結(jié)構(gòu):連續(xù)文件，串聯(lián)文件，索引文件；理解文件存儲設備:順序存取設備，直接存取設備。
7.4 文件存儲空間管理 （1學時）
掌握三種不同的空閑塊管理方法:空閑文件目錄，空閑塊鏈，位示圖。
7.5 文件目錄管理 （2學時）
掌握文件的組成，文件目錄，可共享的文件目錄，目錄管理。
7.6 文件存取控制 （1學時）
理解文件存取控制的目標，存取控制方法。
7.7 文件的使用 (0.5學時)
了解文件的使用。
7.8 文件系統(tǒng)的層次模型 （0.5學時）
了解文件系統(tǒng)的層次模型。
7.9 Linux文件系統(tǒng)的特點與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件類別 （1.5學時）
掌握Linux文件系統(tǒng)的特點，Linux文件分類，文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其關系。
7.10 Linux文件系統(tǒng)的資源管理和地址映射 （1.5學時）
理解磁盤i-node的分配與釋放，內(nèi)存i-node的分配與釋放，系統(tǒng)打開文件表的分配與釋放，地址映射。
7.11 Linux系統(tǒng)中的目錄與搜索方法，以及文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用 （1學時）
理解散列搜索法，算法描述；理解Linux系統(tǒng)調(diào)用。
考核要求:
1. 識記:文件系統(tǒng)的功能，文件系統(tǒng)的層次模型。
2. 領會:文件的邏輯與物理結(jié)構(gòu)，文件存取方法及其存取控制，文件目錄管理。
3. 分析:Linux文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相互關系，Linux文件系統(tǒng)的資源管理和地址映射、系統(tǒng)中的目錄與搜索方法，Linux文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用。
4. 應用層次:文件的使用。
第8章 設備管理
教學要點:
主要介紹設備管理的基本概念，包括中斷、緩沖、設備分配和控制。
教學時數(shù):8學時
教學內(nèi)容:
8.1 引言 （0.5學時）
掌握設備的類別，設備管理的功能和任務。
8.2 數(shù)據(jù)傳送控制方式 （1學時）
掌握程序直接控制方式，中斷方式，DMA方式，通道控制方式。
8.3 中斷技術(shù) （1學時）
掌握中斷的基本概念，中斷的分類與優(yōu)先級，軟中斷；理解中斷處理過程。
8.4 緩沖技術(shù) （1學時）
掌握緩沖的目標，緩沖的種類，緩沖池的管理。
8.5 設備分配 （1學時）
掌握設備分配用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設備分配的原則，設備分配辦法。
8.6 I/O進程控制與設備驅(qū)動程序 （0.5學時）
了解I/O控制的功能，I/O控制的實現(xiàn)，設備驅(qū)動程序。
8.7 Linux的中斷和異常處理 （1學時）
理解中斷和異?？偪剡^程，中斷分類和處理，異常處理。
8.8 Linux緩沖區(qū)管理 （1學時）
掌握Linux緩沖池結(jié)構(gòu)，緩沖區(qū)的分配與釋放，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)讀寫。
8.9 塊設備驅(qū)動與字符設備驅(qū)動 （ 1學時）
理解塊設備驅(qū)動:設備配置，設備驅(qū)動程序的接口；理解字符設備驅(qū)動:主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)、緩沖隊列的控制結(jié)構(gòu)、字符設備開關表。
考核要求:
1. 識記:數(shù)據(jù)傳送控制方式，緩沖技術(shù)，設備分配。
2. 領會:中斷技術(shù)，Linux緩沖區(qū)管理，Linux的中斷和異常處理。
第9章 面向?qū)ο?、網(wǎng)絡、分布式操作系統(tǒng)
教學要點:
介紹面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，以及分布式操作系統(tǒng)的概念。
教學時數(shù):4學時
教學內(nèi)容:
9.1 面向?qū)ο蠛筒僮飨到y(tǒng) （1學時）
了解面向?qū)ο蟮幕靖拍?，面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的概念及其開發(fā)方法，面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的分類。
9.2 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) （1學時）
了解網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的構(gòu)成，文件與打印服務，電子郵件服務。
9.3 分布式操作系統(tǒng) （2學時）
了解進程遷移，分布進程同步，分布式進程通信，分布式系統(tǒng)中的死鎖。
考核要求:
識記面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的概念，分布式操作系統(tǒng)的基本概念；領會網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的構(gòu)成與服務。
相關課程Correlative
Courses
