《计算机操作系统2》课程教学大纲

《计算机操作系统2》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CST210521030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52讲授40实验0上机12实践0课外学时52适用专业信息与计算科学授课语言中文先修课程程序设计（C）、大学计算机、数据结构与算法课程简介（限选）《计算机操作系统》是信息与计算科学专业的选修课，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进程管理、进程同步、进程调度、内存管理、文件管理及文件的安全性、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。培养学生设计与开发复杂软件的能力，具备分析、评价及提高程序性能的基本素质，能够使学生掌握提高程序性能的关键环节，使学生具备开发、调试复杂软件的能力，认识拥有自主知识产权的操作系统对科技强国的重要性，为从事系统软件开发的同学打好坚实的理论基础。"Computeroperatingsystem"isanelectivecourseforinformationandcomputingsciencemajors,belongingtotheSystemSoftwareTechnologySeries.Thiscourseintroducesthemainfunctionsofcomputeroperatingsystemascomplexsystemsoftware,focusingonoperatingsystemkernelprocessmanagement,processsynchronization,processscheduling,memorymanagement,filemanagementandfilesecurity,thestrategy,datastructure,algorithmandinterfacebetweentheoperatingsystemandhardwareimplementedbythedevicemanagementfunctionmodule.Throughthestudyofthiscourse,studentscanunderstandtherunningprocessofhigh-levellanguageprogramsfromapplicationlayertohardwarelayerinthesystem,understandthebasicprincipleofcomputersystemoperationandtheroleofoperatingsystembetweenapplicationlayerandhardwarelayer.Cultivatestudents'abilitytodesignanddevelopcomplexsoftware,havethebasicqualitiestoanalyze,evaluateandimproveprogramperformance,andenablestudentstomasterthekeylinkstoimproveprogramperformance,enablestudentstodevelop,abilitytodebugcomplexsoftware;Ontheotherhandknowtheimportanceofoperatingsystemwithindependentintellectualpropertyrightstoastrongcountryofscienceandtechnology,andlayasolidtheoreticalfoundationforstudentsengagedinsystemsoftwaredevelopment.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，了解信息安全的基础知识，为毕业要求指标点3.2的达成提供支持。是3.22M2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3.2的达成提供支持是3.23M3目标3：能够对不同的策略、算法和工具进行分析、评价。理解计算机系统中出现的各种问题和现象的可能原因。为毕业要求指标点3.2的达成提供支持。是3.2三、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第一章概要介绍操作系统的作用、功能、发展历史；多任务操作系统的特征；操作系统的体系结构。////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。M11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。操作系统发展的现状及主流操作系统介绍。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。M20.5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。////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M11讲授1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。M21讲授1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讲授1自学11第三章第三章进程同步与通信信号量机制、管程；经典的同步问题。////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；信号量机制的应用。M21讲授1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15第四章第四章进程调度本章重点难点：进程调度算法；进程调度算法的实现。////164.14.1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174.24.2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；M1,M32讲授2自学184.3上机1进程管理的模拟程序M1,M26上机6上机19第五章第五章死锁产生死锁的原因及解决死锁的方法。////205.15.1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215.25.2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22第六章第六章内存管理存储系统的层次结构；局部性原理；程序的装入与连接；连续的内存管理；分页存储管理的原理。////236.16.1存储器的层次结构存储器的层次结构；局部性原理。M11讲授1自学246.26.2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256.36.3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266.46.4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,M24讲授4作业27第七章第七章虚拟内存管理虚拟存储系统的特征；请求分页的实现机制及基本原理；请求分页的性能分析。////287.17.1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297.27.2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,M22讲授2作业307.37.3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317.47.4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。M11讲授1自学327.5上机2内存管理模拟程序的实现6上机6上机33第八章第八章文件系统本章重点：文件按名访问的实现；文件存储的实现；文件系统的安全性及保护机制////348.18.1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358.28.2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368.38.3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378.48.4文件系统的安全性及保护机制引起不安全的原因；一般性的安全攻击；病毒；权限及用户验证；保护模型；存取控制表2讲授2/38第九章第九章设备管理本章的重点和难点：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；输入输出控制方式；磁盘调度。////399.19.1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409.29.2I/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419.39.3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,M31/1自学429.49.4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；M1,M31/1自学439.59.5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。M10.5/0.5自学449.69.6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上机根据学生代码完成功能的情况、代码质量、运行结果的正确性和性能进行评分，成绩采用五级制。10%2平时作业参与评分的作业主要包括小论文、各章节作业等题目，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。10%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。为毕业要求达成度的评价提供支持。60%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1上机10%A-程序功能完善、程序结构清晰、运行结果正确并有提高程序性能的实现方式。B-程序功能基本完整、程序结构比较合理、程序运行结果正确。C-能完成程序的主要功能，程序有少数的运行结果错误。D-完成极少的部分功能，实现方法不合理。E-不能完成上机任务。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平时测试20%（见平时测试评分标准）4M1期末考试60%（见试卷评分标准）5M2上机10%A-程序功能完善、程序结构清晰、运行结果正确并有提高程序性能的实现方式。B-程序功能基本完整、程序结构比较合理、程序运行结果正确。C-能完成程序的主要功能，程序有少数的运行结果错误。D-完成极少的部分功能，实现方法不合理。E-不能完成上机任务。6M2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。7M2平时测试20%（见平时测试评分标准）8M2期末考试60%（见试卷评分标准）9M3上机10%A-程序功能完善、程序结构清晰、运行结果正确并有提高程序性能的实现方式。B-程序功能基本完整、程序结构比较合理、程序运行结果正确。C-能完成程序的主要功能，程序有