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1【操作系统A】课程教学大纲第一部分课程基本信息【课程代码】【学分】3【总学时】40学时【课程性质】专业必修课【课程基础】在学这门课之前，学生必须预修过离散数学、程序设计、算法和数据结构、汇编语言和计算机组成原理的基本知识。【适应专业】计算机科学与技术-计算机科学技术【教学目标】该课程的主要目的是使学生熟练掌握计算机操作系统基本概念、基本原理，内部结构以及设计与实现方法。掌握主流操作系统的技术特点，了解研究与发展动向。重点培养学生系统软件方案设计、开发能力，以及系统程序的设计开发能力。【课程简介】操作系统（OperatingSystem，简称OS），是计算机系统中负责支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件。它的职责常包括对硬件的直接监管、对各种计算资源（如内存、处理器时间等）的管理、以及提供诸如作业管理之类的面向应用程序的服务等等。操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件的第一次扩充，其它所有的系统软件和应用软件都必须依赖于操作系统的支持。因此操作系统是计算机系统的核心与基石。操作系统及其抽象机制相对于应用软件变得更加复杂。操作系统不仅强调了操作系统的使用（外部特性），更强调了它的设计与实现（内部特性）。《操作系统》是本学科最重要的专业核心课程。主要介绍操作系统的基本原理和实现技术，是理解计算机系统工作、用户与计算机系统交互和设计开发应用系统等基本知识结构的重要途径。《操作系统》是一门理论性、实践性并重的基础核心课程，内容抽象、课程教学难度大。课程内容主要介绍系统原理、设计方法和实现技术，这是众多操作系统的设计精髓，并非针对某一特定的操作系统产品。【选用教材】汤小丹,哲凤屏,汤子瀛.计算机操作系统.西安:西安电子科技大学出版社,2007【参考书】张尧学.计算机操作系统教程.北京:清华大学出版社,20062第二部分主要教学内容和基本要求【主要教学内容】第一章操作系统引论第一节操作系统概观一、操作系统的目标二、操作系统作用三、操作系统层次结构第二节操作系统的形成和发展一、无操作系统二、批处理系统三、分时系统四、实时系统第三节操作系统特征和功能一、操作系统特征二、操作系统服务三、操作系统功能第四节操作系统的发展一、微机操作系统二、多处理机操作系统三、网络操作系统四、分布式操作系统【基本要求】一、掌握操作系统的分类、特征和功能。二、熟悉什么是操作系统。三、了解操作系统的作用和进一步发展过程。【参考学时】4学时第二章进程的描述和控制第一节前驱图和程序并发执行的条件3一、前驱图二、程序的顺序执行三、程序的并发执行第二节进程的描述一、进程的概念二、进程和程序的区别三、进程的状态及其转换四、进程控制块第三节进程的控制一、操作系统的支撑功能二、进程的创建和终止三、进程的阻塞和唤醒四、进程的挂起和激活第四节线程的基本概念一、线程的引入和定义二、超线程、线程、进程、双核、双处理机的关系【基本要求】一、掌握进程的定义、状态及其转换的基本概念。二、熟悉进程的控制的相关原语。三、了解程序的顺序和并发执行的区别。四、实践教学要求：利用简单的结构和控制方法模拟进程结构、进程状态和进程控制，使学生掌握作为操作系统分配资源的基本单位的进程相关的概念。【参考学时】4学时第三章进程的同步和通信第一节进程的同步的概念一、进程的同步和临界区二、临界资源和临界区的管理三、利用硬件和软件实现进程的互斥第二节信号量机制一、整型信号量、记录型信号量4二、利用原语（wait、signal）在信号量上的操作实现前驱图三、利用原语（wait、signal）在信号量上的操作实现进程的互斥四、利用原语（wait、signal）在信号量上的操作实现进程的同步第三节经典的同步问题一、生产者和消费者二、读者和写者三、哲学家就餐四、管程的实现第四节进程通信一、进程通信类型二、直接通信和间接通信【基本要求】一、掌握利用信号量机制完成进程间的同步。二、熟悉临界区的定义和进程的通信机制。三、了解利用硬件和软件实现进程的互斥。【参考学时】5学时第四章调度和死锁第一节调度的类型和模型一、三级调度的划分成作业调度、中级调度和进程调度二、评价调度算法的若干准则：周转时间、响应时间、截止时间第二节调度算法一、先来先服务(FCFS)二、短作业优先(SJF)三、时间片轮转(RR)四、优先级（动态抢占算法）五、高响应比优先调度算法(HRN)六、多级队列和多级反馈队列等调度算法第三节死锁的基本概念一、产生死锁的原因二、死锁的定义5三、产生的必要条件第四节死锁的预防和避免一、死锁的预防二、安全序列、安全状态三、银行家算法第五节死锁的检测和解除一、死锁的检测二、死锁的解除【基本要求】一、掌握调度算法和死锁的基本定义和银行家算法。二、熟悉调度算法的准则。三、了解调度的类型和模型。四、实践教学要求：在进程控制的基础上增加调度算法实现先来先服务、短作业优先以及时间片调度算法，使学生掌握低级调度的CPU分配的基本算法。【参考学时】5学时第五章存储器管理第一节程序的装入和链接一、静态和动态重定位二、链接方式第二节连续存储空间管理一、单一连续和分区分配（固定分区和可变分区）二、可变分区分配和回收算法第三节对换一、对换的定义二、对换区的管理第四节非连续存储管理一、分页式存储管理基本原理、快表、二级页表、多级页表和反置页表二、分段式存储管理三、段页式管理的原理【基本要求】6一、熟练掌握分页式和分段式存储管理的基本原理、地址转化过程。二、掌握连续式存储管理，分区的分配和回收。三、了解对换空间的管理。四、实践教学要求：实现分页式存储地址转换过程。【参考学时】5学时第六章虚拟存储器第一节虚拟存储器的基本概念一、虚拟存储器的概念二、原理（空间局部性和时间局部性）和特征第二节请求分页式虚拟管理一、请求分页式管理的基本原理二、页面调度算法（先进先出FIFO、最近最少使用LRU、最佳置换OPT、最少使用LFU、时钟算法等）三、性能分析第三节请求分段式存储管理一、请求分段式存储管理的基本原理二、虚拟分段的管理三、段的连接和共享【基本要求】一、掌握虚拟存储器的基本概念和分页页面调度算法。二、熟悉请求分段式存储管理。三、了解分页式存储管理的性能分析。四、实践教学要求：实现请求页式地址转换中出现的缺页现象中，用到的先进先出、最近最久未使用。使学生掌握内存的分配方法和虚拟存储器的概念和原理。【参考学时】4学时第七章设备管理第一节I/O系统的组成一、四级结构和三级控制的I/O组成二、主机、通道（概念和分类）、控制器和设备第二节I/O控制方式7一、程序性控制（询问）方式二、中断控制方式三、DMA方式四、通道方式第三节缓冲技术一、缓冲区引入二、单缓冲、双缓冲、循环缓冲和缓冲池第四节设备分配一、设备分配二、设备独立性三、虚拟设备第五节设备处理一、设备驱动程序功能和处理过程二、中断程序处理过程【基本要求】一、掌握缓冲区的概念，输入输出控制方式，设备独立性和虚拟设备。二、熟悉输入输出系统组成和设备分配。三、了解设备处理过程。四、实践教学要求：设备管理主要包括设备的添加和删除、分配和回收，使学生掌握外围设备的体系结构和管理方法。【参考学时】4学时第八章文件管理第一节文件系统概述一、文件二、文件系统三、文件操作第二节文件逻辑结构一、流式结构二、记录式结构（定长和变长）第三节目录管理8一、文件控制块和索引节点二、单级目录、两级目录和多级目录三、目录查询技术第四节文件共享和保护一、文件共享方法二、文件保护方法【基本要求】一、掌握缓冲区的概念，输入输出控制方式，设备独立性和虚拟设备。二、熟悉目录管理。三、了解文件共享和保护。四、实践教学要求：利用交互式命令实现文件系统的树型目录结构，使学生掌握目录管理的常用方法。【参考学时】4学时第九章磁盘存储器管理第一节磁盘I/O一、磁盘的性能二、磁盘调度方法（先来先服务、最短寻道时间优先、各种扫描算法）第二节外存分配方法一、连续分配二、链接分配（FAT表）三、索引分配第三节空闲存储空间的管理一、空闲块法二、空闲区表三、位示图四、成组链接法（UNIX）【基本要求】一、掌握外存分配方法和调度方法。二、熟悉空闲存储空间的管理。三、了解磁盘的性能。9【参考学时】4学时第十章操作系统接口第一节命令接口一、命令格式；联机命令的类型；终端处理程序；命令解释程序第二节程序接口一、系统调用的概念；类型和实现第三节图形用户接口一、图形接口的各种元素【基本要求】一、熟悉操作系统的三种接口。【参考学时】1学时