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2024年1月14日发(作者:免费logo图片大全)

操作系统B

(Operating System B)

课程编号:06410031

学 分:3.5

学 时:64 (其中:课堂教学学时:48 实验学时:0 上机学时:16)

先修课程:程序设计、数据结构A、计算机组成原理

适用专业:信息安全

教 材:《操作系统设计原理》,鞠时光,詹永照等,科学出版社,2016年1月

一、课程性质与课程目标

(一)课程性质

操作系统是计算机系统中不可缺少的基础系统软件。它用于管理和控制计算机系统中软、硬件资源,提供用户交互接口,是计算机系统的灵魂和核心。《操作系统B》是信息安全专业的重要专业基础课和必修课,在整个教学体系中占据非常重要的地位。作为信息安全专业的核心课程之一,本课程既培养学生掌握操作系统的基本概念、原理和设计方法,又培养学生具备一定的软件系统的设计与开发能力及计算机系统的管理与维护能力。

(二)课程目标

课程具体目标如下:

1.知识方面

1.1 了解操作系统的基本概念,操作系统的形成、发展、分类及系统结构。

1.2 掌握进程管理与调度的基本原理、算法及处理机制。

1.3 掌握存储管理的基本原理、算法及实现方法。

1.4 掌握文件管理的基本原理、算法及实现方法。

1.5 掌握I/O管理的基本原理、算法及实现方法。

1.6 了解操作系统的安全体系结构的设计和安全机制的实现方法。

2.能力与素质方面

2.1 能够理解和解释操作系统的基本原理、功能和作用。

2.2 能够从操作系统的发展过程中了解计算机科学技术的发展现状与发展趋势。

1

2.3 能够理解操作系统的实现是一个系统化的过程。

2.4 能够识别操作系统功能实现的复杂工程问题。

2.5 能够对操作系统功能实现进行有效分解。

2.6 能够遵循系统化的基本要求,给出操作系统中功能实现问题的解决方案。

2.7 能够运用所学知识解决操作系统的功能模块设计与实现问题,能在设计实现相关功能中体现创新意识。

2.8 能够对实验结果进行分析、解释,并能综合应用场景和技术需求,得出结论的有效性。

(三)课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支持的毕业要求指标点如下:

指标点1.2:掌握计算机基础知识。

指标点3.1:掌握对计算机系统进行分析和总体设计的方法与过程。

毕业要求指标点

课程目标

1.2

3.1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

二、课程内容与教学要求

第1章 绪论

(一)教学内容

(1)操作系统概述。(讲授)

(2)操作系统的形成与发展。(讲授)

(3)操作系统的分类。(讲授+案例式)

2

(4)操作系统的运行环境。(讲授)

(5)操作系统结构。(讲授+自学+案例)

(6)现代操作系统。(自学)

(二)教学要求

(1)掌握操作系统的概念、基本类型和功能。

(2)了解操作系统的发展历史及操作系统的结构。

(3)激发学生学习本课程的兴趣和创新意识。

(4)能够从操作系统的发展过程中了解计算机科学技术的发展现状与发展趋势。

(5)能够识别操作系统功能实现的复杂工程问题。

(三)重点与难点

(1)重点是操作系统的概念和分类。

(2)难点是操作系统结构。

第2章 进程与线程

(一)教学内容

(1)多道程序与并发执行。(讲授)

(2)进程模型。(讲授)

(3)线程模型。(讲授)

(4)多核、多线程与超线程。(讲授)

(5)进程管理实例。(讲授+自学+案例)

(二)教学要求

(1)理解多道程序与并发执行情况。

(2)掌握进程与线程的概念。

(3)理解多核、多线程与超线程。

(4)了解Linux、UNIX、Windows中的进程与线程的管理。

(5)具有按情形正确选用进程与线程模型的能力。

(三)重点与难点

(1)重点是进程与线程概念和模型。

(2)难点是多核、多线程与超线程。

第3章 互斥与同步

3

(一)教学内容

(1)进程管理的背景。(讲授+案例)

(2)进程互斥。(讲授+案例)

(3)进程同步。(讲授+案例+实验)

(4)进程通信。(讲授+案例)

(5)死锁。(讲授+案例)

(6)多核环境下的进程同步。(讲授+自学)

(7)进程同步与通信实例。(讲授+案例)

(二)教学要求

(1)掌握进程同步、进程互斥、进程通信及死锁的概念。

(2)掌握进程互斥、进程同步、进程通信及死锁的防止、避免、检测与恢复的实现方法。

(3)理解进程管理的背景。

(4)了解临界区管理的硬件与软件实现方法。

(5)了解Linux、UNIX、Windows中进程同步与通信的实现方法。

(6)具有按情形构建模型,解决进程的同步与互斥、进程间通信及死锁问题的能力,并明白解决方案的有效性。

(三)重点与难点

(1)重点是进程的同步、进程互斥、进程通信与死锁概念;进程互斥、进程同步、进程通信及死锁的防止、避免、检测与恢复的实现方法。

(2)难点是进程同步与互斥的实现方法。

第4章 处理机调度

(一)教学内容

(1)处理器调度层次。(讲授)

(2)调度准则。(讲授)

(3)短程调度算法。(讲授+实验)

(4)多处理器调度。(讲授)

(5)实时调度。(讲授)

(6)处理机调度实例。(讲授+自学+案例)

(7)UNIX进程管理、Linux进程管理和Windows处理机调度。

4

(二)教学要求

(1)掌握单处理机调度算法、多处理机调度算法和实时调度算法。

(2)了解处理机调度实例;

(3)具有按情形选用调度算法的能力。

(4)能够运用所学知识解决处理器调度功能模块设计与实现问题。

(5)能对处理器调度实验结果进行分析、解释,得出结论的有效性。

(三)重点与难点

(1)重点是短程调度算法;

(2)难点是多处理器调度。

第5章 存储器管理

(一)教学内容

(1)存储管理的功能。(讲授)

(2)重定位。(讲授)

(3)单道环境下的存储管理。(讲授)

(4)分区存储管理。(讲授)

(5)页式存储管理。(讲授+实验)

(6)段式及段页式存储管理。(讲授)

(7)内存管理实例。(讲授+自学+案例)

(二)教学要求

(1)掌握存储管理的功能、分区内存管理、覆盖与交换、分页式和段式内存管理。

(2)理解段页式内存管理实现原理。

(3)了解局部性原理和抖动问题。

(4)了解内存管理的实例。

(5)具有按情形正确选用和设计合适的存储管理方式的能力。

(6)能够运用所学知识解决存储管理功能模块设计与实现问题。

(7)能对存储管理实验结果进行分析、解释,得出结论的有效性。

(三)重点与难点

(1)重点是分页式内存管理与分段式内存管理技术。

(2)难点是页面置换的高效实现。

5

第6章 文件管理

(一)教学内容

(1)文件概述。(讲授+自学)

(2)文件目录。(讲授)

(3)文件共享与保护。(讲授)

(4)文件存储空间的管理。(讲授)

(5)文件分配。(讲授)

(6)文件管理实例。(讲授+自学+案例)

(7)采用应用原版教材内容作为学习资料,采用双语的方式讲授。

(二)教学要求

(1)掌握文件的概念、常用的文件组织方法及文件的存取方法,掌握文件目录管理方法及文件的共享与保护。

(2)理解文件系统的实现过程。

(3)了解分布式文件系统。

(4)了解文件系统实例。

(5)了解Linux、UNIX、Windows中的进程与线程的管理。

(6)具有分析、设计文件管理子模块的能力。

(三)重点与难点

(1)重点是文件的概念、常用的文件组织方法及文件的存取方法,文件目录管理方法及文件的共享与保护。

(2)难点是文件分配与存取的高效实施。

第7章 输入/输出管理

(一)教学内容

(1)I/O管理概述。(讲授)

(2)I/O控制方式。(讲授)

(3)I/O缓冲。(讲授)

(4)设备驱动程序。(讲授)

(5)设备分配。(讲授)

(6)磁盘存储器的管理。(讲授+实验)

6

(7)I/O管理实例。(讲授+自学+案例)

(二)教学要求

(1)掌握I/O控制方式,I/O缓冲,I/O软件,磁盘调度。

(2)理解I/O硬件结构与核心I/O子系统。

(3)了解虚拟设备实现过程。

(4)了解I/O管理的实例。

(5)具有设计磁盘驱动调度的能力。

(6)能够运用所学知识解决设备管理功能模块设计与实现问题。

(7)能对设备管理实验结果进行分析、解释,得出结论的有效性。

(三)重点与难点

(1)重点是I/O控制方式,I/O缓冲,I/O软件,磁盘调度。

(2)难点是I/O软件架构实现。

第8章 操作系统安全

(一)教学内容

(1)操作系统安全概述。(讲授+自学)

(2)安全评估与标准。(讲授+自学)

(3)安全机制。(讲授)

(4)安全模型。(讲授)

(5)操作系统安全体系结构。(讲授+自学+案例)

(6)安全操作系统简介。(讲授+自学+案例)

(二)教学要求

(1)掌握计算机系统安全基本概念和操作系统中的常用的保护机制。

(2)理解计算机系统安全性保证的方法。

(3)了解安全操作系统的研究和开发状况。

(4)能够判断或借助于必要的工具判断操作系统是否安全的能力。

(5)能合理分析和评价安全操作系统对于社会、健康、安全、法律、文化的影响。

(6)能理解操作系统实现与实施中应承担的责任,并理解技术手段的局限性,了解降低其负面影响的手段与方法。

(三)重点与难点

7

(1)重点是计算机系统安全基本概念和操作系统中的常用的保护机制。

(2)难点是安全机制与安全模型的实施。

第9章 新型操作系统

(一)教学内容

(1)嵌入式操作系统。(讲授+自学+案例)

(2)分布式操作系统。(讲授+自学+案例)

(3)虚拟化技术。(讲授+自学+案例)

(二)教学要求

(1)了解嵌入式操作系统与分布式操作系统的最新发展技术。

(2)了解常见的分布式操作系统包括多核操作系统、客户机/服务器操作系统、集群操作系统和MapReduce的计算模型。

(3)激发学生学习新技术的兴趣和创新意识。

(三)重点与难点

(1)重点是嵌入式技术与虚化技术。

(2)难点是分布式计算模型的理解与运用。

三、本课程开设的实验项目

编号

1

2

3

4

实验项目名称

处理器调度

虚拟存储器

驱动调度

同步机构

学时

4

4

4

4

类型

设计型

设计型

综合型

综合型

要求

必做

必做

必做

必做

支撑的课程目标

1.2,2.1,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8

1.3,2.1,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8

1.5,2.1,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8

1.2,2.1,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8

实验1 处理器调度

1.实验目的与要求

(1)运用已学过的知识完成单处理器情况下处理器调度实验方案的设计。

(2)编程并利用相关软件完成实验测试,得到实验结果。

(3)通过对实验数据的分析、整理,得出实验结论,培养学生创新思维和编写实验报告的能力,以及处理一般工程设计技术问题的初步能力及实事求是的科学态度。

(4)利用实验更加直观、方便和易于操作的优势,提高学生学习兴趣,让学生自主发挥设计和实

8

施实验,发挥出学生潜在的积极性和创造性。

2.实验主要内容

(1)设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序。

(2)设计一个根据用户进程运行状况的多级时间片轮转法实现处理器调度的程序。

3. 设备要求

(1)PC一台。

(2)C++编程软件。

实验2虚拟存储器

1.实验目的要求

(1)运用已学过的知识完成分页式虚拟存储管理器实验方案的设计。

(2)编程并利用相关软件完成实验测试,得到实验结果。

(3)通过对实验数据的分析、整理,得出实验结论,培养学生创新思维和编写实验报告的能力,以及处理一般工程设计技术问题的初步能力及实事求是的科学态度。

(4)利用实验更加直观、方便和易于操作的优势,提高学生学习兴趣,让学生自主发挥设计和实施实验,发挥出学生潜在的积极性和创造性。

2.实验主要内容

(1)模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

(2)设计一个执行开销小的近似最近最少用(LRU)页面置换程序。

3.实验仪器设备

(1)PC一台。

(2) C++编程软件。

实验3驱动调度

1.实验目的要求

(1)运用已学过的知识完成磁盘驱动调度实验方案的设计。

(2)编程并利用相关软件完成实验测试,得到实验结果。

(3)通过对实验数据的分析、整理,得出实验结论,培养学生创新思维和编写实验报告的能力,以及处理一般工程设计技术问题的初步能力及实事求是的科学态度。

(4)利用实验更加直观、方便和易于操作的优势,提高学生学习兴趣,让学生自主发挥设计和实施实验,发挥出学生潜在的积极性和创造性。

2.实验主要内容

9

设计一个以电梯调度思想为主并考虑旋转优化的程序,对磁盘进行移臂和旋转调度。

3.实验仪器设备

(1)PC一台。

(2)C++编程软件。

实验4同步机构

1.实验目的要求

(1)运用已学过的知识完成模拟PV操作同步机构实验方案的设计。

(2)编程并利用相关软件完成实验测试,得到实验结果。

(3)通过对实验数据的分析、整理,得出实验结论,培养学生创新思维和编写实验报告的能力,以及处理一般工程设计技术问题的初步能力及实事求是的科学态度。

(4)利用实验更加直观、方便和易于操作的优势,提高学生学习兴趣,让学生自主发挥设计和实施实验,发挥出学生潜在的积极性和创造性。

2.实验主要内容

用利用Unix或Linux的PV操作设计进程的同步与互斥问题。

题目:桌上有一只盘子,每次只能放入5只水果。爸爸专放苹果,妈妈专放橘子,一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。用P,V操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿进程的同步控制。

3.实验仪器设备

(1)PC一台。

(2)C++编程软件。

注:本课程为信息安全专业的专业基础课,授课对象为大二学生,实验类型为设计型和综合型实验,需提交报告。实验报告主要包括题目、程序中使用的数据结构及符号说明、流程图、源程序并附上注释、程序运行时的初值和运行结果、实验结果分析。实验评价内容和评分细则参见附录1。

四、学时分配及教学方法

教学形式及学时分配

课堂实上课程小主要教学方法 支撑的课程目标

(按序填写)

教学 验 机 实践 计

第一章 绪论

第二章 进程与线

2

4

2

4

10

讲授、案例

1.1,1.6,2.2

讲授、案例、自学

1.2,2.1,2.2

第三章 互斥与同步

第四章 处理机调度

第五章 存储器管理

第六章 文件管理

第七章 输入/输出管理

第八章 操作系统安全

第九章 新型操作系统

合计

8

4

8

8

6

4

4

48

4

4

4

4

16

4

8

12

8

10

4

4

64

讲授、案例、自学、1.2,2.1,2.2,2.3,实验 2.4,2.5

讲授、案例、自学、1.2,2.1,2.2,2.3

实验

讲授、案例、自学、1.3,2.1,2.2,2.3,实验 2.4,2.5

讲授、案例、自学、1.4,1.6,2.1,2.2,实验 2.3,2.4,2.5

讲授、案例、自学、1.5,2.1,2.2,2.3,实验 2.4,2.5

讲授、案例、自学

讲授、案例、自学

1.1,1.6,2.1,2.2,2.3

1.1,2.1,2.2,2.3

五、课程考核

(一)考核方式

考核形式

考勤及平时作业

考核要求

按照作业题目进行评分,总分数平均计算(5次以上);无故缺勤一次扣1分

根据完成情况和正确率给分

主要考查学生的问题分析能力和复杂问题的解决能力

完成4个实验,每次5分;主要考查问题分析能力,算法设计能力和结果分析能力

采用闭卷考试。试卷题型包括选择题、判断题、简答题和综合分析应用题等,以卷面成绩的60%计入课程总成绩。其中考核操作系统概念、原理和算法等基础知识型题目占50%;考核针对操作系统原理及算法问题的综合分析与设计能力的题目占50%。

考核权重

5%

10%

5%

备注

随堂测验

大作业

实验 20%

期末考试 60%

合计 100%

11

通过网络教学平台完成辅助教学。通过随堂测验和大作业等活动检验学生的知识掌握情况和对复杂问题的分析与解决能力。大作业所占比重和具体评分细则如下。

大作业评分比重表

评分项编号

1

2

3

4

大作业评价内容

作业进度

基本概念与原理掌握程度

解决问题方案的正确性

方案的新颖性与创新性

所占比重

10%

30%

50%

10%

要求

能够按时完成

能够清晰地把握基本概念与原理

能够给出正确的解决方案

能够给出新颖的解决方案

对毕业要求指标点支撑

1-2

1-2,3-1

3-1

大作业具体评分细则如下:

大作业评分细则(按100分计算)

项目

作业进度,10分

基本概念与原理掌握程度,30分

解决问题方案的正确性,50分

方案的新颖性与创新性,10分

提前完成;9-10分

90%以上概念与原理清晰;27-30分

良 中 及格 不及格

按时完成;8分 基本按时完成;7分

80%以上概念与原理清晰;24-26分

70%以上概念与原理清晰21-23分

有一定的时补交;6分以下

间延迟;6分

60%以上概念与原理清晰18-20分

40%以上概念与原理不清晰;18分以下

40%以上问题未能正确解决30分以下

方案无新意:6分以下

方案能够解决方案能够解决方案能够解决方案能够解90%以上主要80%以上主要70%以上主要决60%以上问题:45-50分 问题:40-44分 问题:35-39分 主要问题:30-34分

方案正确且有新意,创新性强;9-10分

方案正确且有新意,创新性较强;8分

方案有一定新意:7分

方案符合要求,有些新意:6分

期末考试评分比重表

评分项编号

1

2

3

选择题

是非判断题

简答题

题型

所占比重

10%

10%

30%

要求

正确理解基本概念及基本原理。

能够清晰地把握基本概念与原理。

能够对操作系统的基本问题正确地表达并给出解决方案

对处理机调度算法、页面置换算法、磁盘驱动调度算法、文件实现原理及读写操作、银行家算法、死锁检测算法等算法和原理能够全面理解和综合应用

能够给出操作系统相关综合性问题(如处理机调度、存储管理、文12

对毕业要求指标点支撑

1-2

1-2

1-2

1-2

3-1

4 综合应用题 40%

5 综合算法题 10%

1-2

3-1

件管理、进程同步与互斥等)的正确解决方案

(二)本课程毕业要求达成度计算

说明:课程指标点达成度为对应指标点部分的所有得分除以对应指标点在总评成绩的所占的总分数,对应指标点的得分包括试卷成绩部分、平时成绩部分、教师考核部分等,其中n为总评成绩合格的学生数。

六、参考书目及学习资料

1.《Modern Operating Systems》,Andress S等. Publisher: Pearson, 2014年第四版。

2.《计算机操作系统汤小丹》, 梁红兵等,西安电子科技大学出版社,2014年第四版。

3.《Operating Systems, Internals and Design Priciples》,William Stallings,Prentice

Hall,2010年第七版。

4.《Operating Systems Concepts》,Abraham Silberschatz等,Wiley, 2013年第9版。

5、《操作系统课程的实验指导书》,刘金平,自编讲义。

七、大纲说明

1. 采用多媒体教学手段,建议采用讲练结合的方式,多种教学手段综合运用。

2. 课后需要完成约60道习题作业,以加深学生对所学内容的理解和掌握。

3. 本课程有16个学时的实验,具体实验内容见“三、本课程开设的实验项目”,任课教师亦可以根据实际教学情况 适当安排。

2017 年 9 月 1 日

13

附录1:

实验评价权重表

评分项编号

1

2

3

4

5

实验评价内容

所占比重

要求

能够写出问题分析的过程

算法流程表示清楚

能够编程实现并调试

能够分析结果的有效性,并清晰表述结论

报告清晰,提交准时

对毕业要求指标点支撑

1-2(50%),3-1(50%)

3-1

3-1

3-1

3-1

问题分析和求解能力 20%

算法设计能力 20%

程序设计与调试能力 20%

结果分析与表述能力 30%

报告清晰,按时提交 10%

具体实验报告评分细则如下:

实验报告评分细则(每次实验按100分计算)

项目 优 良

能够依据有关原理进行分析,给出合适的数据结构和正确的算法;16-17分

能够用流程图正确地描述算法;16-17分

能够依据有关原理进行分析,给出数据结构和正确的算法;14-15分

及格

能够依据有关原理进行分析,给出数据结构和基本正确的算法;12-13分

不及格

能够依据有关原理进行分析,给出数据结构和算法,但算法存在问题;12分以下

错误较多;12分以下

问题分析和求能够依据有关解能力,20分 原理进行分析,给出合适的数据结构和性能优良的算法;18-20分

算法设计能力,20分

能够用流程图清晰正确地描述算法;18-20分

程序正确并清晰易读;18-20分

能够用流程能够用流程图图描述算法;描述算法,基14-15分 本正确;12-13分

设计与调试能力,20分

程序正确; 程序正确但程序基本正16-17分 易读性稍差;确;12-13分

14-15分

能够依据相关原理对实验结果进行分析,并得出正确结论; 24-26分

能够依据相关原理对实验结果进行分析,并得出结论; 21-23分

基本上能够依据相关原理对实验结果进行分析,并得出结论;18-20分

错误较多12分以下

对实验结果的分析依据不足,结论存在错误:18分以下

未按时提交,报告不清楚;6分以下

能够依据相关原理清晰明了结果分析与表地对实验结果述能力,30分 进行分析,并清晰地表述结论; 27-30分

报告清晰,按时提交 10分

报告非常清报告清楚,按楚,按时提交;时提交;8分

9-10分

报告较清楚,报告基本清按时提交;7楚,基本按时分 提交;6分

14


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