操作系统课程入门

1、操作系统课程介绍 一、CCC2002-OS知识体系简介 二、操作系统课程特点、教学内 容、教学要求与教学目标 三、操作系统习题与实验 四、操作系统核心知识单元及知识点 一、CCC2002操作系统 知识体系简介 计算机学科的发展与教育 IEEE-CS和ACM ACM68 ACM78 IEEE-CS83 CC1991 CC2001 CCC2002的由来 1.CCC2002(China Computing Curricula 2002)中国计算机科学与 技术学科教程:是一本计算机学科 的教学计划。 2.它的依据： 3.编写目的: : CCC2002的论述 CCC2002论述与CS 同时也为后继课程的

2、学习打下良好 的基础。 研究与操作系统相关的问题 围绕以下问题研究操作系统： 什么是操作系统? 为什么要操作系统? 操作系统是做什么的? 操作系统是如何做的? 操作系统是如何使用的? 操作系统是如何构造的? CS具 有剖析实际操作系统、及设计、开发 和构造现代操作系统的基本能力；深 入了解操作系统在计算机系统中的地 位及作用,以及它与硬件和其他软件之 间的关系;进而熟悉操作系统控制和管 理整个计算机系统执行的全过程,具有 以操作系统为中心的计算机系统的全 局和整体的概念。 操作系统(课程)教学目标 1)明确操作系统的作用、功能和地位，并建立起以 操作系统为中心的计算机系统的系统级(全局和 整体

3、)的认识。 2)掌握操作系统中进程管理和调度等控制程序执 行的关键技术。 3)掌握操作系统中资源管理的关键技术。 4)掌握并发程序设计的基本思想，并有解决相关 问题的能力。 5)掌握操作系统的构造技术，具有剖析和设计系 统模块的初步能力。 6)了解1至2个主流操作系统的实现技术，熟练掌 握和应用。 三、操作系统习题与实验 关于OS习题 深入理解、融会贯通； 由此及彼、举一反三。 寻找规律、开拓视野 ； 抓住重点、触类旁通。 关于OS实验 OS实验教学与理论教学相辅相成。还是 对学生能力/素质培养的重要途径。 OS实验分类： (1)使用级-使用shell等命令，从外部观察 OS的内部工作过程和数

4、据结构。 (2)管理级-练习设备/驱动程序的安装、 配置、性能调整和参数设置。 (3)系统级-编写、替换和调试OS的模块 或子功能，如增加一个新的文件系统。 操作系统实验教学目的和要求 (1)学生应该通过实验实习理解和掌握OS的 基本概念、方法(算法)、技术和原理 (2)学生应该通过实验实习养成良好的重视 理论联系实际，自己动手和操作的习惯。 (3)学生应该通过实验实习提高自己的剖析 和设计OS的能力、加强创新精神与综合素 质的培养 (4)学生应该深入了解和熟练掌握Linux的组 成、特点、源码结构，替换更新模块和重 新编译、调试它的方法。 实验环境和内容 建议选用与操作系统教程 (第4版)

5、配套的教材Linux操作 系统实验教程，单独开课。 操作系统实习报告内容建议 (1)基本信息：完成人姓名、学号、分组号、报告日期 (2)实习内容 (3)实习目的 (4)实习题目 (5)设计思路和流程图 (6)主要数据结构及其说明 (7)打印一份源程序并附上注释 (8)打印程序运行时的初值和运行结果 (9)实习体会：实习中遇到的问题及解决过程、实习中 产生的错误及原因分析、实习的体会及收获、对搞 好今后实习提出建设性建议等。 教学有关问题说明 1)先行课程 2)课时分配 3)布置习题 4)实验环节 5)期末笔试 6)考核评分 考试和评分 成绩考核采取综合评定方式： (1)作业(10%)， (2)

6、实习(20%或另行开课?)， (3)课程测验(10%)， (4)期末笔试(60%)。 建议教学进度 笫一章 操作系统概论 10 笫二章 处理器管理 12 笫三章 同步、通信和死锁 12 笫四章 存储管理10 笫五章 设备管理 6 笫六章 文件管理 6 笫七章 操作系统的安全与保护 6 笫八章 网络和分布式操作系统 6 四、操作系统核心知识单元 及知识点 操作系统核心知识单元 OS1-操作系统概述 OS2-操作系统原理 OS3-并发性 OS4-调度和分派 OS5-主存管理 OS6-设备管理 OS7-安全与保护 OS8-文件管理 核心知识单元OS1和知识点 OS1-OS概述 OS定义 OS作用 O

7、S目标 OS分类 OS特性 OS功能 OS资源管理技术 OS在计算机系统中的地位 研究OS的不同观点 核心知识单元OS2和知识点 OS2-OS原理 特权指令、访管指令和原语 处理器状态、状态转换和PSW 时钟机制、硬件时钟、软件时钟 中断机制：概念和分类、技术和实现 API1-程序接口和系统调用 API2-操作接口和系统程序 OS构件，内核分类、功能、属性和特性 单内核结构和C/S及微内核结构 核心知识单元OS3和知识点 OS3并发性 多道程序，作业、进程/线程，及联系和区别 并发性与顺序性，并发进程与时间有关的错误 进程互斥与临界区、临界资源 实现临界区管理的硬件设施及软件解法 进程同步与同

8、步机制，经典同步问题及其求解 同步机制信号量和PV操作，信号量的物理含义 同步机制管程，进程和管程的联系和区别 进程通信：低级通信和高级通信 死锁概念、防止、避免及检测与解除方法 资源分配图、死锁定理 死锁与饥饿 核心知识单元OS4和知识点 OS4-调度和分派 进程状态及队列管理 选择调度算法的原则 处理器调度层次:高级、中级和低级调度 处理器调度模型 调度算法与应用领域的关系 进程/线程调度和上下文切换 剥夺方式和非剥夺方式调度 进程/线程调度时机 作业/低级调度算法 实时调度和多处理器调度算法 核心知识单元OS5和知识点 OS5-主存管理 存储器的层次结构 逻辑地址与物理地址 地址转换与存

9、储保护 相联存储器与快表 分区、所用数据结构及分配算法 分页和分段、所用数据结构及分配算法 多级页表、反置页表 虚拟存储器原理及硬/软件支撑下的实现方法 请求分页、请求分段和请求段页式虚存管理 主存分配、清除和各种替换算法 程序局部性原理、系统颠簸和工作集模型 核心知识单元OS6和知识点 OS6-设备管理 设备管理的功能 I/O控制方式 I/O软件 具有通道的I/O工作原理 缓冲技术 驱动调度技术 设备独立性 设备分类 设备分配 虚拟设备的实现原理 核心知识单元OS7和知识点 OS7-安全与保护 操作系统的安全性:策略、模型和机制 安全需求和安全策略 访问支持策略与访问控制策略 自主访问控制策

10、略与强制访问控制策略 基于访问控制矩阵和基于格的安全模型 硬件安全机制 认证机制、授权机制、加密机制和审计 机制、最小特权机制 核心知识单元OS8和知识点 OS8-OS8-文件系统文件系统 文件系统功能 文件存取方法 FCB、文件目录、目录文件 目录结构及文件查找 文件的逻辑结构和物理结构 文件的共享、保护和保密 记录的成组和分解 主存映射文件 虚拟文件系统 文件系统调用及其执行过程 文件空间的管理方法 OS知识单元OS9和知识点(1) OS9-OS9-网络和分布式操作系统网络和分布式操作系统 计算机网络、功能及其组成 网络体系结构和通信协议 OSI/RM和TCP/IP 网络操作系统的网络管理和控制功能 分布式操作系统的特征和功能 分布式系统中的进程通信机制(消息传递、 RPC与SOCKET) 集中分布式和完全分布式