《操作系统》课程标准

1、操作系统课程标准（执笔人：罗宇教授审阅学院：计算机学院）课程编号：英文名称：Operating Systems预修课程：计算机程序设计、数据结构、计算机原理(含汇编语言)学时安排：讲授50学时，实践40学时。学分：4.5一、课程概述（一）课程性质地位本课程是面向计算机科学与技术专业、软件工程专业专业技术类本科生的学科基础必修课程，是一门理论与实践紧密结合的课程。操作系统作为计算机软硬件衔接的纽带，是理解计算机系统和后续知识学习的重要环节。（二）课程基本理念认真贯彻素质教育、创新教育思想，以老师教学为主，但是在施教过程中突出学员学习的主体地位，注重学员的参与，在实践环节，老师作为指导者、答疑者和

2、检查者，学生主导实践过程。（三）课程设计思路课程的设计思路应以教育改革的基本理念为指导，将操作系统框架设计、内容安排、教学实施以及课程评价等有机结合起来，既重视课程的基础性又体现内容的先进性及实践性。课程结合设计型实验，引导学生掌握并行程序设计的方法，操作系统驱动开发方法。并培养学生运用实验领会操作系统细节内容的能力。在课程学习后，安排2星期专门进行操作系统综合实验。二、课程目标（一）知识与技能本课程主要介绍操作系统的概念、功能、结构、策略，以及一些基本的算法、处理过程和新技术；以多道程序设计技术为基础，介绍构成系统的各子系统的工作机理及设计方法。要求学生通过学习上述知识，能具备较好的操作系统

3、应用、维护、管理和设计能力。为后续学习和研究打下坚实的基础。（二）过程与方法本课程先以听课为主，全程电子课件授课，注意预习和复习,学员应该安装Linux操作系统,并利用实际系统进行原理、技术演示，课程中期开始进行上机实验，后2周专门用于操作系统综合实验。（三）情感态度与价值观科学态度、情感与价值观的培养应该贯穿在本课程教育的全过程。通过本课程的学习，使学员：尊重科学原理，不断提高对操作系统和基础软件的兴趣，关心相关领域技术的发展；逐步培养创新意识，敢于依据客观事实提出自己的见解，能听取与分析不同的意见，并能够根据科学事实完成实际工作；增强社会责任感和军人使命感，形成用科学技术知识为祖国、军队和

4、人民服务的意识。三、内容标准课堂教学部分（50学时）第一章 绪论（4学时）主要内容：1操作系统的功能、地位、组成及特征；2操作系统的形成、发展、分类；3流行操作系统简介。教学重难点：1操作系统的功能、特征；2各种概念、技术的引入；3多道程序设计技术。教学要求：了解操作系统的发展过程；理解操作系统类型及功能。第二章 操作系统运行机制（4学时）主要内容：1中断和陷入机制；2操作系统运行模型；3操作系统引导与启动、操作系统系统调用接口实现方法；4命令与视窗界面实现方法。教学重难点：1中断相关概念及处理的一般过程，系统调用处理过程；2命令解释程序的一般实现方法。教学要求：理解中断和异常的概念，掌握中断

5、处理的一般过程，理解实用操作系统运行模型；掌握用户与系统的编程接口、操作界面。第三章 进程管理（4学时）主要内容：1进程的描述和结构、进程的创建和结束处理、进程的状态和状态转换；2进程调度与切换概念与实现；3调度的层次、调度算法选择的准则、作业调度和进程调度典型算法；4线程概念、进程与线程区别。教学重难点：1操作系统进程表示，进程的创建与结束，进程状态变化；2进程切换过程，进程调度时机及典型算法。 教学要求：理解进程及进程状态、进程态切换与进程切换；掌握典型进程调度算法、理解作业与进程的关系、了解线程概念。第四章 并发进程（8学时）主要内容：1进程的并发性、进程的同步与互斥；2实现互斥的硬件机

6、制、信号量机制、管程与条件变量；3进程间通信概念及实现机制；4死锁概念、死锁防止、死锁避免、死锁检测和解除。教学重难点：并发程序的基本实现方法；基于信号量机制的进程同步与互斥的编程，消息传递；死锁防止。教学要求：了解并发程序的表示及实现思想；掌握进程同步与互斥的实现方法；理解进程间通讯实现技术；了解死锁的基本概念，理解死锁的防止技术。第五章 存储管理（6学时）主要内容：1存储管理的功能、地址变换、固定分区存储管理、可变分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理；2移动技术、对换技术、覆盖技术；3虚拟存储器的概念、请求分页虚拟存储管理原理与实现技术、请求分段虚拟存储管理、请求段页虚拟存储管理；4典

7、型页面淘汰策略。教学重难点：1多道连续可变划分方法的实现原理；2分页及请求分页虚存的实现技术；3存储共享与保护的实施方法；4固定工作集的页面替换算法。教学要求：理解各类存储管理方法的实现原理，理解存储保护与共享的实施方法，掌握请求分页虚拟存储管理方法及固定与动态工作集的页面淘汰策略。第六章 设备管理（6学时）主要内容：1设备分类及管理、I/O控制方式及控制接口、I/O软件层次及主要功能、字符设备与块设备接口、驱动程序组成；2缓冲技术、磁盘调度及算法、RAID技术；3独占设备虚拟化技术、存储设备虚拟化技术。教学重难点：1I/O控制方式；2I/O设备管理的I/O性能优化技术；3驱动程序接口与功能。

8、教学要求：了解常见设备；掌握I/O控制和I/O管理中的常用性能优化技术；了解设备管理子系统。第七章 文件系统（6学时）主要内容：1文件概念、文件访问方法；2文件逻辑结构；文件物理结构；3文件控制块FCB（索引节点）、文件目录与目录项；4各种目录结构的组织、特性；目录项检索与操作；5文件类系统调用、mmap文件访问、文件共享、保护和保密；文件存储空间管理、文件系统层次结构；6文件系统的安装与使用。教学重难点：1文件的表示与存储管理；2文件系统树型与无环图目录结构；3主要的文件系统调用；4文件的保护方法。教学要求：理解文件的逻辑与物理结构；掌握文件的目录结构；掌握文件的使用与控制；理解文件保护；理

9、解文件管理系统结构。第八章 并行与分布式系统、安全技术（8学时）主要内容：1对称多处理机、多核系统、进程与线程、线程应用、线程状态、用户级和核心级线程的实现技术、多处理器环境下线程调度算法；2分布式系统特性、分布式应用模型、分布式系统实现模型、分布式系统关键技术；3安全操作系统概念。教学重难点：支持共享内存对称多处理机操作系统的核心级线程实现方法、线程调度算法。教学要求：理解线程概念、掌握线程实现方法、理解线程调度；了解分布式系统主要概念；了解安全操作系统概念。第九章 操作系统新技术（4学时）主要内容：1大规模并行操作系统技术，新型操作系统；2云计算环境下的网络化操作系统新技术。 教学重难点：

10、分布式海量存储技术，虚拟化技术，分布内存管理技术教学要求：了解高性能计算机，云计算的基本概念和关键技术，了解集群环境和分布式环境下系统设计的关键因素和主要挑战。实验教学部分（40学时）教学目的：通过上机实验，深入理解操作系统的一般工作原理、掌握一种主流实用操作系统的实现技术，同时培养操作系统内核程序开发的能力，完成一组与操作系统内核相关的实验，主要包括shell命令解释器、文件系统设计和设备驱动程序开发等。教学要求：要求学生一人一组，独立完成，集中两周课内上机40小时，课外自行安排。shell命令解释器必做，在期中开始。文件系统设计和设备驱动程序开发综合实验可以二选一。为了完成综合实验，学生参

11、照实验教科书，自行进行前导基础实验。实验1 shell命令解释器实现shell命令解释器。通过命令解释器的设计与编程，掌握操作系统命令界面设计，掌握操作系统各系统调用的使用，体会多道程序设计。至少实现简单命令解释执行，鼓励有能力的学生实现重定向、管道以及命令踪迹等复杂功能，鼓励学生能够提出新的实用功能。对学生的实验程序进行运行检查和代码检查，实现简单的进程创建及执行命令程序为及格，如果能实现重定向等功能则为良好，如果能有更复杂功能或实用创新则为优秀，实验报告作为辅助评价手段。 实验2 文件系统设计与实现1实验目的与任务掌握文件系统的工作原理和实现机制。2实验原理Linux为了支持多种不同的文件

12、系统，引入了纯软件中间层VFS，使文件子系统的可扩展性、可维护性变得更好。VFS的关键是，根据不同的文件系统抽象出了一个通用的文件模型。每个特定的文件系统都要把物理操作与通用文件模型对应起来。3实验内容及要求在Linux平台下实现一个简单的磁盘文件系统naive，支持普通文件和目录的基本操作，特殊类型的文件不需要考虑。4实验结果及要求支持naive文件系统的内核模块。要求测试文件系统的格式化、挂载与卸载、文件和目录的创建与删除等操作。实验3 块设备驱动程序开发1实验目的与任务深入理解Linux的设备管理框架，掌握块设备驱动程序的一般编写方法，并实现一个块设备驱动程序。2实验原理在Linux下，

13、块设备驱动程序分为两部分：（1）与VFS的接口层；（2）真正对设备进行操作的部分。要使用一个块设备，要使用register_blkdev注册设备号，再使用函数alloc_disk分配一个gendisk对象并对该对象进行初始化，其中包括请求队列对象和块设备操作集合的初始化，然后注册一个中断处理函数，最后调用函数add_disk注册kobject对象，激活该设备。对设备进行操作时，要遵循相关的总线协议和访问接口。3实验内容及要求通过分析一个典型的块设备（RAMDISK）的驱动程序，学习编写设备驱动程序的一般方法。进一步，通过分析Linux的USB驱动框架程序和USB大规模存储设备驱动程序的源代码，

14、结合RAMDISK驱动程序，设计开发一个U盘驱动程序。要求支持U盘的挂载、读写、格式化等操作。4实验结果及要求一个U盘驱动程序内核模块。要求演示U盘的挂载、读写、格式化等操作。四、实施建议（一）教学实施1课程学时分配表：教学内容学时安排讲授学时实践学时小计拓展学习实践探索课题研究论文撰写自主学习实验上机野外作业考核学时其他第一章 4 4第二章 4 4第三章 4 4第四章 8 8第五章 6 6 第六章 4 2 6第七章 4 2 6 第八章 88第九章 44综合实验40 40小计 46 4 40 902教学方法和手段多媒体教学：全程多媒体教学，举例时辅以板书及演示。实验教学：在课程教学完成后集中2周40课时进行实验。讲解综合实验技术基础及实验要求，学生独立完成实验。（二）考核评价考核方式：考试+实验组织方式：笔试/闭卷，实验现场验收并提交实验报告成绩评定：百分制记分标准：课程考试50%，实验50%（三）教材选用1教材操作系统第三版,罗宇等，电子工业