《计算机操作系统1》课程教学大纲

《计算机操作系统1》教学大纲一、课程基本信息课程名称计算机操作系统ComputerOperatingSystem课程编码CST210411030开课院部计算机科学与技术学院课程团队操作系统学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时48适用专业计算机科学与技术授课语言中文先修课程程序设计（C/C++）、数据结构与算法、计算机组成原理课程简介（必修）《计算机操作系统》是计算机科学与技术专业的核心必修课，可以作为其他计算机相关类专业的选修课，属于系统软件技术系列。本课程介绍计算机操作系统作为复杂系统软件具有的主要功能，重点讲述操作系统内核的中断处理、系统调用、时钟机制以及进程管理、进程同步、进程调度、内存管理、文件管理、设备管理功能模块实现的策略、数据结构、算法以及操作系统与硬件的接口。通过本课程的学习，使学生能够将高级程序设计语言、数据结构与算法、编译原理、计算机组成原理的知识关联起来，理解高级语言程序在系统中从应用层到硬件层的运行过程，理解计算机系统工作的基本原理及操作系统在应用层和硬件层之间所起的作用。使学生掌握提高程序性能的各环节，具备开发、调试复杂软件的能力，为从事系统软件开发打好坚实的基础。"Computeroperatingsystem"isacorecompulsorycourseforcomputerscienceandtechnologymajors.Itcanbeusedasanelectivecourseforothercomputer-relatedmajorsandbelongstotheSystemSoftwareTechnologySeries.Thiscourseintroducesthemainfunctionsofcomputeroperatingsystemascomplexsystemsoftware,focusingonInterruptHandling,systemcall,clockmechanism,processmanagement,processsynchronization,processschedulingofoperatingsystemkernel,memorymanagement,filemanagement,anddevicemanagementfunctionmodulesimplementpolicies,datastructures,algorithms,andinterfacesbetweentheoperatingsystemandhardware.Throughthestudyofthiscourse,studentscanassociatetheknowledgeofadvancedprogramminglanguage,datastructurewithalgorithms,compilationprinciplesandcomputercompositionprinciples,understandtherunningprocessofhigh-levellanguageprogramsfromapplicationlayertohardwarelayerinthesystem,understandthebasicprincipleofcomputersystemworkandtheroleofoperatingsystembetweenapplicationlayerandhardwarelayer.Toenablestudentstomasterallaspectsofimprovingprogramperformance,havetheabilitytodevelopanddebugcomplexsoftware,andlayasolidfoundationforengaginginsystemsoftwaredevelopment.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：掌握操作系统的基本概念，理解设计与实现操作系统内核中的进程管理、进程调度、进程同步与通信、内存管理、文件管理、设备管理的策略、算法及数据结构，为毕业要求指标点1.4的达成提供支持是1.42M2目标2：要求学生深入理解操作系统实现中涉及的工程原理和理论，并能够应用其解决复杂系统的设计与实现问题。为毕业要求指标点2.4的达成提供支持是2.43M3目标3：能够对不同的策略、算法和工具进行分析、评价，理解针对不同的目标选择不同的策略、算法、工具并能对性能进行平衡、折中的方法。为毕业要求指标点4.3的达成提供支持。是4.34M4目标4：理解软件与硬件之间的关系，掌握改善软件性能的各重要环节，具备开发高性能应用程序的能力。为毕业要求指标点4.2的达成提供支持。是4.25M5目标5：调动学生学习积极性，保障课程良好秩序（政治层面、课堂保障层面，非学生能力层面）否三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章操作系统概述本章重点、难点：程序并发执行的必要性和特点、多道程序系统的工作方式。/////21.11.1操作系统的作用与功能操作系统的作用；主流操作系统的主要功能及各功能模块完成的主要任务。M1,M41讲授1自学31.21.2操作系统的发展单道批处理系统的出现及特征；多道程序系统的产生；多道批处理系统的特征；分时系统的特征；实时系统的出现及实时系统的特征。操作系统发展的现状及主流操作系统介绍；国产自主研发操作系统技术现状。M11讲授1自学41.31.3操作系统的特征程序的并发执行；程序的并行执行；共享资源；异步；虚拟。M10.5讲授0.5自学51.4操作系统的体系结构单体结构模型；层次结构模型；微内核结构；动态可扩展模型。M30.5讲授0.5自学6第二章第二章进程的描述与控制本章重点难点：进程的描述和组织；进程的创建、撤销、阻塞、唤醒。中断机制、时钟机制、系统调用、线程模型。/////72.12.1进程的描述进程的定义、特征；进程控制块及其作用；进程的基本状态；进程队列。M11讲授1自学82.22.2进程的控制进程的创建、撤销、阻塞、唤醒；操作系统的引导过程和进程创建的情景介绍。M1,M41.5讲授1.5作业92.32.3内核支撑功能的实现中断机制的实现原理；计算机系统中时钟机制的作用和实现原理；系统调用的作用和实现原理、系统调用的执行过程。M2,M42讲授2自学102.42.4线程线程的概念、线程的实现模型、线程实现的不同方式。M11.5讲授1.5自学11第三章第三章进程同步与通信本章重点难点：同步机制的作用、信号量机制的实现、同步机制的应用、经典的同步问题的解决方案和性能分析。/////123.13.1同步的基本概念操作系统为什么需要进程同步机制；临界区、临界资源；同步机制遵循的准则。M1,M31讲授1作业133.23.2信号量机制整型信号量机制；记录型信号量机制；And型信号量机制；信号量机制的应用。M2,M43讲授3自学143.33.3经典的同步问题生产者-消费者问题模型；读者-写者问题模型；哲学家进餐问题模型。M1,M22讲授2作业153.43.4管程管程模型；管程的应用。M1,M21讲授1自学163.53.5进程通信共享存储器系统；消息传递系统；管道通信；消息缓冲队列。M11讲授1自学17第四章第四章进程调度本章重点难点：进程调度算法的实现、进程调度算法的性能分析、调度算法的改进、结合不同的系统目标进行性能折中的策略。/////184.14.1进程调度简介进程调度算法的功能；进程调度的时机；评价进程调度算法的指标；可调度性。M1,M31讲授1自学194.24.2进程调度算法先来先服务调度算法；短进程优先调度算法；高响应比优先调度算法；时间片轮转调度算法；基于优先权的进程调度算法；多级队列调度算法；多级反馈队列调度算法；抢占式调度策略；非抢占式调度策略；基于最小截至时间的调度算法；基于最低松弛度的调度算法。M1,M2,M3,M44讲授4自学204.34.3多处理机调度多处理机系统的类型；多处理机系统的进程调度算法：自调度、成组调度、专用处理机调度。M1,M41讲授1自学21第五章第五章死锁本章重点难点：产生死锁的原因分析、银行家算法、死锁定理。/////225.15.1产生死锁的原因和必要条件死锁的定义；产生死锁的原因；死锁的四个必要条件。M10.5讲授0.5自学235.25.2处理死锁的基本方法死锁的预防；死锁的避免；银行家算法；死锁定理；死锁的检测；死锁的解除。M1,M21.5讲授1.5自学24第六章第六章内存管理本章重点难点：理解存储系统的层次结构和局部性原理的意义、连接程序与程序加载的关系、分页地址变换的硬件与软件支持、多级分页的地址变换原理和计算、CPU访存的过程。/////256.16.1存储器的层次结构存储器的层次结构；局部性原理。M1,M40.5讲授0.5自学266.26.2程序的装入和连接绝对装入方式、静态重定位装入方式、动态重定位装入方式；静态连接和动态连接。M1,M21讲授1自学276.36.3连续的内存管理方式实现单一连续区分配、固定分区分配、动态分区分配涉及的数据结构和算法；分区回收的实现。M12讲授2自学286.46.4分页存储管理方式分页存储管理的基本原理、页表的建立及作用、分页的地址结构及地址变换的实现过程；快表及其作用；二级分页的实现原理及地址变换；多级分页的实现原理及地址变换。M1,M2,M44讲授4作业296.56.5分段存储管理分段存储管理的原理、段表、地址结构、地址变换；段页式存储管理的基本原理、地址结构、地址变换。M10.5讲授0.5自学306.66.680X86的常规内存寻址逻辑地址、线性地址、物理地址的关系；硬件中的分段；Linux中的段；硬件中的分页；Linux的伙伴算法。M2,M41讲授1自学31第七章第七章虚拟内存管理本章的重点和难点：基于分页的虚拟存储系统的实现机制、地址变换过程、缺页中断处理的实现机制、置换算法的实现、缺页率对访存时间的影响。/////327.17.1虚拟内存管理的基本概念引入虚拟内存管理的背景；虚拟内存管理的基本思想；虚拟内存管理系统的特征。M10.5讲授0.5自学337.27.2请求调页的基本原理页表的结构；缺页中断处理过程；地址变换过程；最少页框数的确定；页调入和换出策略。M1,M2,M42讲授2作业347.37.3页置换算法最佳置换算法；先进先出置换算法；最近最久未使用置换算法；简单的ClocK置换算法；改进型Clock置换算法；页缓冲队列；Linux的请求分页。M1,M31.5讲授1.5自学357.47.4请求调页的性能缺页率对有效访存时间的影响；提高请求调页时间性能的方法；抖动。M1,M41讲授1自学36第八章第八章文件系统本章重点难点：不同文件系统实现按名访问的数据结构和过程、数据结构对系统能管理的单个文件大小和存储空间大小的影响；实现文件存储的方式、数据结构及其对文件访问速度的影响。/////378.18.1用户级的文件操作文件的命名；文件的分类；文件的操作；目录的类型；目录的操作。M11讲授1自学388.28.2文件的存储空闲磁盘块的管理；文件的连续存储及其按名访问；文件的不连续存放及其按名访问。M1,M21讲授1自学398.38.3文件按名访问实现的实例CP/M文件系统的目录结构及按名访问；FAT文件系统的目录结构、FAT表及文件按名访问的实现；Unix系统的目录结构、索引节点结构及按名访问的实现；文件系统的数据结构对文件系统管理的空间大小及单个文件大小的影响。M1,M22讲授2作业40第九章第九章设备管理本章重点难点：设备管理软件的层次结构和功能、设备驱动程序与硬件的接口、中断控制方式下的输入输出过程、磁盘调度算法及性能分析。/////419.19.1设备管理系统的构成I/O系统的结构；I/O设备的分类；设备控制器的逻辑结构和功能。M10.5/0.5自学429.29.2I/O控制方式程序控制方式；中断控制方式；DMA控制器的结构与DMA控制方式。M21/1自学439.39.3缓冲管理缓冲的引入；单缓冲；双缓冲；循环缓冲；公共缓冲池。M1,M30.5/0.5自学449.49.4设备分配设备分配中的数据结构；设备分配应考虑的若干因素；设备独立性；设备分配过程；SPOOLing技术。M1,M31.5/1.5自学459.59.5设备管理软件设备管理软件的功能和层次结构；中断处理程序；设备驱动程序；与硬件无关的设备管理软件。M1,M40.5/0.5自学469.69.6磁盘管理磁盘结构；磁盘调度算法；提高磁盘访问速度的技术。M1,M31/1自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1课堂表现随机课堂提问，根据回答问题情况、课堂讨论以及课程平台讨论问题回答情况进行评分，成绩采用三级制。随堂提问人员未到，直接到C级。5%2平时作业参与评分的作业主要布置小论文、内核代码分析等综合性的题目，根据作业完成质量、是否按时提交、是否独立完成，内容是否全面、深入，能否体现出学生独立解决问题的能力进行评分，成绩采用五级制。5%3平时测试1.每周一次小测试，完成考勤和平时学习情况的考核。2.小测试出题量在15分到20分，考试时间10到15分钟,学生成绩转换为百分制后计入期末总成绩。为毕业要求2、3、5达成度的评价提供支持20%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.期末考试是对学生学习情况的全面检验。全面考核学生对操作系统实现基本原理的概念、方法、基本技术的掌握程度，考核学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力。为毕业要求2、3、5达成度的评价提供支持。70%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时测试20%（见平时测试评分标准）2M1平时作业10%A-具有良好的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性很高，是独立完成，具有创新性。B-具有自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性高，是独立完成，具有一定的创新性。C-具有一定的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，基本正确，独立完成。D-能够按时提交作业，作业内容基本完整，基本正确，没有体现自身分析问题和解决问题的能力。E-不按时提交作业。3M1期末考试70%（见试卷评分标准）4M2平时测试20%（见平时测试评分标准）5M2平时作业10%A-具有良好的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性很高，是独立完成，具有创新性。B-具有自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性高，是独立完成，具有一定的创新性。C-具有一定的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，基本正确，独立完成。D-能够按时提交作业，作业内容基本完整，基本正确，没有体现自身分析问题和解决问题的能力。E-不按时提交作业。6M2期末考试70%（见试卷评分标准）7M3平时测试20%（见平时测试评分标准）8M3平时作业10%A-具有良好的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性很高，是独立完成，具有创新性。B-具有自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性高，是独立完成，具有一定的创新性。C-具有一定的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，基本正确，独立完成。D-能够按时提交作业，作业内容基本完整，基本正确，没有体现自身分析问题和解决问题的能力。E-不按时提交作业。9M3期末考试70%（见试卷评分标准）10M4平时测试20%（见平时测试评分标准）11M4平时作业10%A-具有良好的自我学习、分析和解决问题的能力，能够按时提交作业，作业内容完整，正确性很高