操作系统大纲一、课程目的与任务1本课程为计算机科学与技术专业、信息安全专业的学科基础和专业必修课程。2. 本课程与培养目标的关系是：本课程满足培养目标要求3（掌握扎实的计算机专业基本理论知识和核心知识，了解学科的知识组织结构、学科形态、典型方法、核心概念等,了解本专业的前沿发展现状和趋势）。本课程可以实现培养要求中的掌握计算机体系运作的基础知识和将知识与科学方法用于系统开发的能力要求。3课程主要讲述的内容为：操作系统的基础知识、进程管理、内存管理、设备管理、文件管理、用户接口等。同时配合以实验、综合设计等相关实践环节。二、课程目标与要求1、知识目标培养学生掌握现代计算机系统中操作系统的基本概念和功能、各部分的工作原理和设计方法，了解操作系统的各组成部分是如何协调工作的，理解操作系统在整个计算机体系中的重要地位和作用；培养学生对操作系统等复杂系统级软件的设计原则和设计思路、运行模式的理解和认识，深刻理解系统级软件与应用软件、硬件在设计运行上的区别和联系。为学生从事计算机方面的开发和应用奠定基础。2、能力目标在培养学生操作系统基本概念、原理和功能等知识的基础上，培养学生设计、开发操作系统的基本技能,以及基于操作系统开发高性能应用的应用开发技能，培养学生对大型复杂软件的设计、开发和管理等的软件工程能力。3、素质目标通过该门课程的学习奠定学生的计算机科学与技术的专业素质，提高其应用能力和创新意识。三、与其它课程的联系和分工操作系统的前序课程是数据结构、汇编语言、编译原理和计算机组成原理、计算机体系结构，其后是计算机网络、软件工程等与应用软件类课程。在计算机科学与技术的知识体系中，操作系统是计算机硬件和软件间联系的纽带，学习它需要具备一定的硬件和软件方面的知识。计算机组成原理、汇编语言和微机原理等课程为本课程建立必要的硬件知识背景，数据结构、程序设计语言、编译原理等课程将为本课程建立必要的软件知识背景。四、课程主要内容与学时分配单元（章节）主要教学内容总学时数讲授时数实验时数课外时数第一单元操作系统引论4848第二单元进程/线程管理12148104第三单元并发控制与死锁131510123第四单元存储器管理 121410122第五单元设备管理4545第六单元文件管理11138103第七单元操作系统接口4545总学时数6074486212五、课程教学内容及具体要求第一单元 操作系统引论教学目标：介绍本课程的基本概念及发展历史，培养学生的学习兴趣；教学要求：要求学生掌握操作系统的基本概念、研究对象与内容，理解操作系统的工作原理、基本结构和运行环境，了解操作系统的发展历史；教学重点：让学生了解操作系统的基本研究内容和任务，增强学习的动力和兴趣，建立起对操作系统的基本认识；教学难点：吸引学生的学习兴趣；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括计算机操作系统的地位、作用和研究意义；操作系统的发展过程、基本类型；操作系统的基本概念；操作系统的基本特征，操作系统的功能，操作系统的结构；常见操作系统介绍；操作系统的运行环境。第二单元 进程/线程管理教学目标：介绍操作系统中最重要的基本概念：并发执行、进程/线程、通信及调度，培养学生理解操作系统如何组织与管理程序的运行；教学要求：要求学生掌握并发执行的基本原理、进程/线程的概念、结构及组织方式、调度算法与模型；理解操作系统进程/线程控制的基本实现方式；教学重点：让学生理解进程和线程的概念及相关内容，着重于培养对现代操作系统中最重要的概念的讲授，包括：程序并发执行的原理及背景，进程/线程的概念及其组织，进程通信的组织方式，进程调度算法；教学难点：并发进程的组织、调度和切换，进程调度算法；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括进程和线程的基本概念，程序并发执行的思想。前趋图理论，程序的顺序执行和并发执行；进程的定义、特征、状态及其之间的转化，PCB的作用；内核的概念及原语，线程的引入及基本思想，进程通信的原理及实现思想，进程调度模型、主要调度算法及调度算法评价。第三单元 并发控制与死锁教学目标：介绍操作系统中涉及并发控制的同步机制和死锁及其处理机制，培养学生理解操作系统处理并发时的复杂性和解决思路；教学要求：要求学生掌握同步机制的原理和主要的几种信号量机制，掌握利用信号量机制协调进程同步的方式；掌握和理解死锁产生的背景和处理死锁的基本方法；教学重点：并发控制产生的原因及同步机制的思想，利用信号量机制协调进程同步的方式，死锁理论和死锁解决办法，尤其是银行家算法的理解和使用； 教学难点：利用信号量机制协调进程同步；死锁问题的复杂性及处理方法；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括进程同步问题产生的原因及解决办法，临界资源和临界区理论，进程同步机制的思想及实现，各类信号量机制，如何利用信号量实现进程同步，经典的进程同步问题，掌握用信号量机制实现进程同步的并发程序算法的设计；进程死锁的基本概念，产生的原因和必要条件，解决死锁问题的办法，银行家算法的理解和使用。第四单元 存储器管理教学目标：让学生理解操作系统对内存及虚拟内存资源的管理方法，培养学生理解和掌握各类典型内存管理方式的设计思想；教学要求：要求学生掌握操作系统内存管理的基本思想，理解常规内存管理方式，掌握虚拟存储器的思想，及两种主要的虚拟存储器的实现方案；教学重点：分段存储管理方式，分页存储管理方式，虚拟存储器，页式虚拟存储器和段式虚拟存储器； 教学难点：逻辑地址和物理地址，各类存储管理方式，虚拟存储器；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括程序的装入和连接的基本概念，地址重定位理论，各种连续区存储管理方式，进程的对换理论，分页存储管理方式，分段存储管理方式，段页式存储管理方式；虚拟存储器理论，程序运行的局部性原理，虚拟存储器的概念和两种最重要的实现方式；页式虚拟存储器的设计思想和实现原理，几种页面置换算法的设计思想，段式虚拟存储器的设计思想和实现原理，分段的共享和保护。第五单元 设备管理教学目标：让学生理解操作系统对设备的管理思路和管理方法，培养学生理解和掌握设备管理的基本方法；教学要求：要求学生掌握操作系统设备管理的基本思想和方法，了解基本的I/O结构及其管理，掌握有关缓冲理论、设备驱动程序及典型磁盘设备的管理方式；教学重点：缓冲理论，设备无关性，设备管理中的虚拟技术，磁盘管理方式； 教学难点：设备管理中的虚拟技术，磁盘管理方式；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括操作系统对I/O设备的管理理论，计算机I/O系统结构，常见的I/O控制方式，缓冲理论，设备分配的基本理论，设备独立性，SPOOLing技术；操作系统对目前最常见的外部设备磁盘的管理，包括磁盘系统的基本结构，磁盘调度算法、磁盘高速缓存和RAID系统等。第六单元 文件系统教学目标：让学生理解操作系统对文件的设计思想和实现方案，培养学生理解和掌握文件系统主要部分的设计原理与方法；教学要求：要求学生掌握操作系统文件管理的基本思想和方法，了解文件与文件系统的基本概念，理解和掌握文件的逻辑结构、物理文件(外存分配方法)、文件目录的组织、空闲存储空间的管理、文件共享与保护、数据一致性控制等；教学重点：着重文件的逻辑结构、物理结构、文件目录、文件共享和保护的介绍； 教学难点：文件系统的组织思想，文件物理结构，数据一致性控制；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括文件、文件系统的基本概念，文件的逻辑结构、文件目录的组织；物理文件(外存分配方法)，空闲存储空间的管理；文件共享与保护，数据一致性控制等。第七单元 操作系统接口教学目标：让学生理解操作系统的用户/进程的服务接口的形式和组织方式，培养学生理解和掌握操作系统接口的设计原理与方法；教学要求：要求学生掌握操作系统的几种主要的用户/进程的服务接口形式和组织方式，包括联机命令接口、GUI接口、脱机命令接口、程序接口等，理解系统调用的原理和具体组织方式；教学重点：操作系统提供给用户使用的基本接口：联机命令接口，程序接口，系统调用和GUI图形用户接口； 教学难点：操作系统联机接口和系统调用的组织方式；内容概要和方法设计：本单元的主要教学内容包括提供给用户使用的主要接口的组织形式，包括联机命令接口，命令解释器原理，程序接口，系统调用，GUI图形用户接口等。