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《操作系统》教学大纲
学时：85学时
学分：3+2学分 理论学时：51学时
实验学时：34学时 适用专业：计算机科学与技术
大纲执笔人：章昭辉
大纲审核人：
一、教学大纲说明
1、课程的性质、地位和任务
操作系统（Operating System）是当代计算机软件系统的核心，是计算机系统的基础和支撑，它管理和控制着计算机系统中的所有软、硬件资源，可以说操作系统是计算机系统的灵魂。操作系统课程是计算机专业学生必须学习和掌握的基础课程, 是计算机应用人员深入了解和使用计算机的必备知识, 是进行系统软件开发的理论基础，也是计算机科学与技术专业的一门理论性和实践性并重的核心主干课程。
2、课程教学的基本要求
本课程的目标是使学生掌握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术，具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力。本课程主要讲述操作系统的基本概念、基本原理及其实现技术，包括处理器管理、存储器管理、设备管理和文件管理等内容。
3、课程教学改革
通过剖析某个实用的操作系统（如UNIX或 Linux）的内核，使学生了解这种操作系统是如何对计算机资源进行管理的，以及操作系统的发展趋势。
二、教学内容
（一）本课程理论教学内容
第一章 操作系统引论
主要内容：操作系统的目标、作用和模型、操作系统的发展过程、操作系统的特征和服务、操作系统的功能、操作系统的进一步发展。重点：操作系统的概念、特征和服务、操作系统的功能。
第二章 进程管理
主要内容：前驱图和程序执行、进程的描述、进程控制、线程的基本概念。进程同步的基本概念、信号量机制、经典进程同步问题、进程通信。重点：进程的描述、进程控制。临界资源、临界区、软件解决互斥、硬件解决互斥、信号量机制、进程通信。难点：进程控制。进程同步问题。
第三章 处理机调度与死锁
主要内容：调度类型、调度算法、死锁的概念、原因、产生的必要条件、处理死锁的基本方法、安全状态、银行家算法、死锁的检测与解除。
重点：调度类型、调度算法、死锁的概念、产生的必要条件、处理死锁的基本方法、安全状态、银行家算法、死锁的预防和避免。难点：银行家算法、死锁的预防和避免。
第四章 存储器管理
主要内容：程序的装入和链接、连续分配存储管理方式、分页存储管理方式、分段存储管理。虚拟存储器的基本概念、请求分页存储管理方式、页面置换、请求分页系统的性能分析、请求分段存储管理方式。
重点：动态分区分配、分页存储管理方式、分段存储管理。虚拟存储器的基本概念、请求分页存储管理方式、页面置换、请求分段存储管理方式。
难点：分页存储管理方式。页面置换算法。
第五章 设备管理
主要内容：I/O系统的组成、控制方式、缓冲管理、设备分配、SPOOLING技术、设备处理。磁盘I/O、外存分配方法、空闲存储空间的管理、磁盘容错技术、文件系统性能的改善、数据一致性控制。重点：I/O控制方式、缓冲管理、SPOOLING 原理、设备分配。磁盘调度算法。难点：设备分配。
第六章 文件系统
主要内容：文件和文件系统、文件逻辑结构、目录管理、文件共享、文件保护。重点：文件逻辑结构、目录管理、文件共享、文件保护。外存分配方法、空闲存储空间的管理。
难点：目录管理、文件保护。外存分配方法、空闲存储空间的管理。
第七章 操作系统接口
主要内容：联机用户接口、shell命令、系统调用、图形接口 重点：用户接口、程序接口 难点：用户接口、程序接口
（二）本课程实验内容
实验一：写一个程序描述进程状态迁移过程。目标：理解进程概念、状态转换及其控制。
要求：提供导致进程状态变化的调用接口，包括创建、删除、调度、阻塞、时间到、挂起、激活等。实现进程列表显示的接口。注：这里设计的进程是一个假设的对象实体，是由程序自己创建和删除，不是系统维护的进程。
实验二：编程实现生产者消费者或读写者的同步问题 目标：掌握信号量实现进程同步及其应用
要求：利用线程模拟进程；可视化显示模拟同步
实验三：设计一个程序，实现四种调度算法：1。先来先服务算法2。短作业优先算法3。优先权算法4。基于时间片的多级反馈队列算法 目标：掌握四种算法的原理
要求：通过若干个实例实现各种算法的优劣性对比；结果要求可视化展示
实验四：编程实现银行家算法
目标：掌握银行家算法实现死锁预防的原理
要求：输入实例，能够使用银行家算法判断资源分配后是否存在安全序列。
实验五：模拟基本分页式的地址变换机构及其变换方法 目标：掌握页表概念、基本分页式的地址变换
要求：要有页表，通过页表等实现地址变换；图示化变换过程
实验六：实现LRU算法和FIFO算法
目标：理解页面置换算法
要求：给出任意的输入流，计算缺页率。输入流长度、cache尺寸可定制。图示化置换过程。
测试：Cache＝5，从0－9可数字的任意排序，长度为30。例如：12568,36536,56892,70495,36745,87345
实验七：实现缓冲池的管理（重点是getbuff和putbuff的操作）目标：掌握缓冲池的管理方法，进一步理解进程同步信号量的使用
要求：定义输入、输出和空缓冲3个队列，以及4种缓冲区；图示化表示缓冲区的管理及其相关的操作。
实验八：实现SSTF算法和SCAN算法
目标：掌握SSTF算法和SCAN算法的原理
要求：给出任意的输入流、计算平均寻道长度。输入流长度、磁头移动方向可定制。测试：设有100个磁道，访问序列如下：
23，5，98，14，66，25，78，34，66，74，56，87，12，39，71，49，58。当前磁头在50道，上次访问的磁道是18道。
实验九：模拟FAT和FDT，实现文件的物理块分配与回收，以及通过文件目录实现文件的访问，如文件copy（可自己定义一个文件访问命令）。要求能表示FAT的分配信息和FDT的管理信息。
目标：掌握FAT的分配原理；掌握FDT实现文件管理的原理。要求：可视化实现文件管理
（三）课程考核方式、方法
理论教学内容的考核：闭卷笔试。实验教学内容的考核：实验报告。
三、参考书目
汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛编著，《计算机操作系统》（第三版），西安电子科技大学出版社
ANDREW S.TANENBAUM, ALBERT S.WOODHULL 著，《操作系统：设计与实现》电子工业出版社。2000年第二版。
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