操作系统原理及应用(Linux)教学大纲

操作系统原理及应用（Linux）教学大纲一、课程基本信息课程名称：操作系统先修课程：《计算机导论》（或《计算机应用基础》）、《C语言程序设计》、《数据结构》、《计算机组成原理》适用专业：计算机科学与技术、软件工程、网络工程等计算机及相关专业。课程类别：专业教育必修课程/基础课程课程总学时：56-72（其中理论40-56学时，实验16学时）二、课程目标通过本课程的学习，使学生具备下列能力：1．能够准确理解及掌握操作系统的基本概念、基本功能和基本原理，理解操作系统的整体运行过程。2．能够理解及掌握操作系统的各组成部分，包括进程管理、调度、内存管理、文件管理、设备管理的功能及策略、算法、机制及相互关系。3．能够运用操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题，并能利用C语言描述相关算法。

4．在理解及掌握操作系统原理及算法的基础上，在进行硬件配置、软件设计及编程过程中，能够在资源和效率方面综合考虑，完善提高设计方案，提高利用操作系统知识解决实际问题的能力。三、教学内容、要求及重难点第一章操作系统引论（3学时）教学要求：1．掌握操作系统的概念及功能，掌握操作系统的分类；2．掌握操作系统在计算机系统中的地位和作用；理解操作系统的大致运行过程；3．理解操作系统的特征；了解各种类型操作系统的特点及服务适应情况；4．了解操作系统的结构特征及发展概况，发展趋势。教学重点：操作系统的概念、作用；操作系统的分类；操作系统的特征；操作系统的功能；操作系统的结构设计。教学难点：操作系统的特征；操作系统的功能。[实验名称]Linux系统管理及命令的使用[实验类型]验证型

[实验要求]1．熟练Linux系统常用命令的使用；2．掌握Vi编辑器的使用方法；3．练习Linuxshell的作用和主要分类，能编写简单的shell程序[实验学时]2学时第二章进程管理（10学时）教学要求：1．掌握进程的概念与特征；2．掌握进程的结构及进程控制的方法；3．掌握进程的同步与互斥，以及实现进程同步问题的硬件方法和软件方法；4．能用信号量机制解决进程的同步问题；5．掌握线程的基本概念；6．基本掌握利用管程解决同步问题的方法。教学重点：进程的基本概念；进程控制；进程的同步与互斥；进程同步的应用。教学难点：进程的概念；进程的并发性；进程同步。[实验名称]

实验1进程控制编程[实验类型]验证型[实验要求]1．利用fork()创建几个进程，并分析这几个进程之间的关系；2．熟悉并使用下列系统调用：fork()、exit()、wait()、lockf();对进程进行控制。3．进一步理解进程的并发性。[实验学时]2学时[实验名称]实验2进程的消息通信和共享存储区通信[实验类型]验证型[实验要求]1．实现进程的消息通信：使用系统调用msgget(),msgsnd(),msgrcv()及msgctl()，编制对长度为1K的消息，并进行发送和接收；2．分析消息的传递过程。3．实现进程的共享存储区通信：使用系统调用shmget()、shmat()、sgmdt()、shmtctl(度为1K的消息进行发送和接收。)，编制一个程序，对一个长

4．程序中对共享存储区进行创建、附接和断开的操作。[实验学时]2学时[实验名称]实验3进程通信的管道通信和软中断通信[实验类型]验证性[实验要求]1．实现进程的管道通信：使用系统调用pipe()建立一个管道文件，用来实现两个进程之间的通信；2．分析管道通信的实现过程。3．实现进程之间的软中断通信：使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()、kill()实现进程之间的通信。4．进一步理解体会以上各进程通信的特点及实现。[实验学时]2学时第三章处理机调度与死锁（7学时）教学要求：1．掌握三级调度的概念及各级调度的分类；2．掌握作业调度及进程调度的评价准则；3．掌握几种典型的调度算法并能灵活应用；4．掌握死锁的基本概念、产生的原因和必要条件；

5．掌握解决问题的4种方法，以及死锁预防的方法；6．掌握死锁避免的概念、方法，掌握银行家算法的思想、数据结构和编程方法，并能灵活运用；7．掌握死锁的检测和解除的方法。教学重点：调度的类型和模型；调度算法；实时系统中的调度；多处理机调度；死锁的基本概念、原因和必要条件；死锁的预防和避免；死锁的检测和解除。教学难点：三级调度的概念；调度算法；死锁的避免。[实验名称]银行家算法[实验类型]综合型[实验要求]1．正确设置银行家算法中的数据结构，并根据实际情况初始化，理解各结构之间关系及变化过程；2．根据银行家算法的思想，设计解决实际问题的正确算法；3．使用gcc写出程序，进行调试和测试。4．分析程序的运行结果。[实验学时]2学时

第四章存储器管理（8学时）教学要求：1．理解操作系统内存管理的任务需求，掌握计算机系统的各种存储介质及其特点，以及在功能增强需求时操作系统采取的策略和思想；2．掌握内存分配的基本方法，包括分区、分页、分段及段页式存储管理方法的思想及优缺点；3．掌握各种基本内存管理方法的数据结构、重定位方法；4．掌握虚拟存储器的概念及原理，以及实现虚拟存储器的技术；5．掌握对换的概念及管理方法；6．掌握请求分页技术及实现方法，掌握OPT、FIFO、LRU、CLOCK页面置换算法，并能灵活运用；7．掌握请求分段存储管理方式；8．掌握工作集、抖动的概念，理解Belady异常现象。教学重点：连续分配存储管理方式；基本分页存储管理方式；基本分段存储管理；对换技术；请求分页存储管理方式；页面置换算法；请求分段存储管理方式。教学难点：页式存储管理方式；虚拟存储器的概念；请求分页。[实验名称]

页面置换算法模拟[实验类型]验证型[实验要求]1．模拟实现各种页面置换算法。具体步骤为：使用产生随机数函数得到一个随机的数列，做为将要载入的页面序列。2．可以选择使用先进先出（FIFO）算法、最近最久未使用（LRU）置换算法和最佳（OPT）置换算法，给出所需淘汰的页面号序列。列出缺页中断次数。3．观察实验结果，对以上各置换算法进行分析对比，得出结论。[实验学时]2学时第五章文件管理（6学时）教学要求：1．掌握文件及文件系统的概念、功能；2．掌握文件的逻辑结构，以及在逻辑结构基础上文件的访问方式；3．掌握文件的物理结构，以及各种结构的特点、文件访问的优缺点；4．掌握目录文件的结构方法，以及操作系统实现按名访问的工作原理；

5．掌握文件存储空间的管理方法，以及各自的特点；6．基本掌握文件共享和文件保护的理论及方法。教学重点：文件逻辑结构；外存分配方式；目录管理；文件存储空间的管理；文件共享与文件保护。教学难点：文件的存取方式；文件的物理结构；文件目录。[实验名称]实验1文件管理命令[实验类型]验证型[实验要求]1．掌握文件相关命令在系统中的存在方式及bin子目录；2．练习并掌握文件管理命令的使用；3．练习并掌握目录管理命令的使用。[实验学时]2学时[实验名称]实验2[实验类型]验证型[实验要求]文件管理编程

1．使用文件系统调用open(),read(),write(),close()，对文件进行操作。编写实现两个文件合并的程序；在进程中执行一个可执行文件，可以是系统的，也可以是自定义的；2．编写一个程序，利用fork调用创建一个子进程，并让子进程执行一个可执行文件。3．理解及掌握操作系统文件管理中命令的建立及实现[实验学时]2学时第六章设备管理（6学时）教学要求：1．掌握I/O系统的组成、I/O控制方式；2．掌握缓冲区的引入目的，以及缓冲分类，掌握缓冲池的构成及使用过程；3．了解设备分配方法及设备处理程序的功能特点；4．掌握设备独立性的概念；5．了解设备处理程序的处理过程；掌握中断处理程序的处理过程；6．掌握虚拟设备技术及其实现的方法，掌握Spooling技术原理及其构成；7．掌握磁盘调度算法；了解磁盘的管理方法；8．理解操作系统对设备管理的各种方法对提高系统效率的意义。

教学重点：I/O系统的组成；I/O控制方式、缓冲管理；设备分配；设备处理；磁盘存储器管理。教学难点：I/O控制方式；缓冲管理；磁盘调度算法。[实验学时]0学时四、课程目标与考核内容课程目标考核内容1．操作系统的概念、功能、课程目标1：能够准确理解及分类、结构，以及操作系统掌握操作系统的基本概念、基本启动的过程。功能和基本原理，理解操作系统2．在线学习成绩。的整体运行过程。3．期末考试成绩。课程目标2：能够理解及掌握操1．进程管理、调度、内存作系统的各组成部分，包括进程管理、文件管理、设备管理。管理、调度、内存管理、文件管2．在线学习成绩。理、设备管理的功能及策略、算3．期末考试成绩。法、机制及相互关系。课程目标3：能够运用操作系统原理、方法与技术分析问题和解1．对于一个实际应用问题，利用操作系统知识、策

课程目标决问题，并能利用C语言描述相关算法。考核内容略与算法，进行计算及版式法编程。2．在线学习成绩。3．期末考试成绩。课程目标4：在理解及掌握操作系统原理及算法的基础上，在进行硬件配置、软件设计及编程过程中，能够在资源和效率方面综合考虑，完善提高设计方案，提高利用操作系统知识解决实际问题的能力。1．综合利用本课程知识解决实际描述的问题，可以是定性描述或者定量计算、结构设计、性能评价等。2．在线学习成绩。3．期末考试成绩。