《操作系统》课程教学大纲(V3)

一、课程说明

课程名称：操作系统                  课程编号：1311313004 

课程性质：专业课                    适用专业：网络安全与执法

学 时 数：34                        学 分 数：2

二、课程简介

操作系统是网络安全与执法专业的专业课，以计算机组成原理为先行课程。通过本课程的学习使学生能够从资源管理的角度了解操作系统的工作方式。操作系统是计算机的核心软件，但由于课程本身理论性较强，较抽象，使得该门课程的教与学一直是网络安全与执法专业的一个难点。

三、教学目的和要求

本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。本课程概述操作系统的形成、类型和功能；阐述进程管理，包括进程和线程的基本概念、进程的同步和通信、调度和死锁；详细介绍存储器管理和虚拟存储器的概念以及对虚拟存储器性能的分析；讨论设备管理、文件系统以及磁盘存储器的管理以及操作系统的保护与安全；最后，对操作系统的最新发展包括网络操作系统、分布式操作系统做扼要介绍。通过本课程的学习，帮助学生建立计算机操作系统处理问题的思维模式，初步掌握设计系统的基本思想、基础知识、基本原理和基本方法，培养和提高学生设计程序和调试程序的能力，启发学生将该课程的知识引入到其它基础课和专业课的学习。

四、课程学时分配及教学形式

五、课程作业

课程作业是在有限的时间内实现模拟操作系统的部分功能，为使课程作业能够有效实施，并取得一定效果，把设计的重点放在操作系统核心内容的模拟上。基本要求如下。

1.详细描述整个系统设计的总体框架和设计思想，并给出系统的主要模块以及模块间关系。

2.详细描述整个系统所使用的全局数据结构，包括结构名称、作用和各个字段的含义。

3.给出所有模块的详细的设计说明，并画出流程图。

4.源代码格式规范，并给出注释，以标明函数和数据结构的功能。

5.系统完成后，提交完整的程序代码、设计报告及相关文档，并适当说明设计中遇到的问题及心得体会。

6.课程设计使用的开发工具不限，但程序必须是WINDOWS图形界面。

六、课程考核

考核形式：必修考试课

成绩：总成绩=考试成绩70%+平时成绩30%

      考试成绩=闭卷考试笔试成绩

      平时成绩=(作业+笔记+课堂表现)10%+实验成绩20%

七、教材与主要参考书

（一）教材（五号宋体字）：

1. 计算机操作系统（第四版），汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著，西安电子科技大学出版社。

（二）主要参考书（五号宋体字）:

1.《计算机操作系统（第四版）》学习指导与题解，汤小丹、梁红兵等编著，西安电子科技大学出版社

2. Linux从入门到精通，刘忆智等编著，清华大学出版社。

3.计算机操作系统(第2版)(国家精品课程配套教材)，庞丽萍，阳富民编著，人民邮电出版社。

八、教学内容、基本要求与教学设计

第一章 操作系统引论

教学目的和要求：了解操作系统的目标、作用和模型；了解操作系统的的发展过程；掌握操作系统的基本类型；掌握操作系统的功能和特征。

重点知识点：操作系统每种基本类型的特点及比较；操作系统的四大特征。

教学形式：讲授

第一节 操作系统的基本概念

一、操作系统的目标和作用

（一）操作系统的目标

（二）操作系统的作用

（三）推动操作系统发展的主要动力

二、操作系统的发展过程

三、操作系统的基本特性

（一）并发性

（二）共享性

（三）虚拟技术

（四）异步性

四、操作系统的主要功能

（一）处理机管理功能

（二）存储器管理功能

（三）设备管理功能

（四）文件管理功能

（五）操作系统与用户之间的接口

实践教学设计

名称：Linux的桌面系统

课时：1

目的和要求：

实验目的：掌握Linux操作系统的GNOME桌面、KDE桌面的环境特性。

实验内容：登陆系统、注销系统、定制桌面、切换桌面、定制面板、文件管理器、定制系统、使用软盘和光盘、常用的KDE应用程序的功能。

实验要求：熟练操作实验内容，每人写出实验报告。

复习与思考题

1．设计现代 OS 的主要目标是什么？

2．为什么说 OS 实现了对计算机资源的抽象？

3．模块接口法存在着哪些问题？可通过什么样的途径来解决？

延伸阅读

1．了解操作系统的发展历程，主要操作系统产品系列。

2．查找资料，了解Linux、Android、IOS等操作系统的特点。

3．你到底应该使用哪个Linux发行版.http://os.51cto.com/art/201511/496269.htm

第二章 进程管理

教学目的和要求：了解进程间的通信，死锁的顶防和避免；理解多进程序设计概念，进程的组成，临界区概念，信号量和P、V操作，死锁的必要条件；掌握进程定义，进程的状态及其变化，进程的同步与互斥，死锁的概认念。

重点知识点：程序的顺序执行和井发执行；进程与程序的区别；基本状态演变图；PCB的作用；进程控制的原语实现。

能力点：进程的基本概念与特征；进程的基本状态转换；进程控制。

教学形式：讲授+实验

第一节 进程的基本概念和进程控制

一、进程的基本概念

（一）程序的顺序执行及其特征

（二）前趋图

（三）程序的并发执行及其特征

（四）进程的特征与状态

（五）进程控制块

二、进程控制

（一）进程的创建

（二）进程的终止

（三）进程的阻塞与唤醒

（四）进程的挂起与激活

第二节 进程同步和进程通信

一、进程同步

（一）进程同步的基本概念

（二）信号量机制

（三）信号量的应用

（四）经典进程的同步问题

二、进程通信

（一）进程通信的类型

（二）消息传递通信的实现方法

（三）消息传递系统实现中的若干问题

（四）消息缓冲队列通信机制

实践教学设计

课时：2

实验2 Linux的使用

实验目的：掌握Linux操作系统的文字、图形与多媒体应用程序的使用方法。

实验内容：文字处理器、图形处理器、Web浏览器、多媒体应用程序的功能及使用。

实验要求：熟练操作实验内容，每人写出实验报告。

作业设计

作业名称：进程调度模拟程序

作业要求：编写一个进程调度程序，模拟实现进程的创建、运行、阻塞、完成等进程控制，允许多个进程并行的进程调度程序。

评分标准：任务的基本原理描述、设计思想和系统结构的说明（10分）；    数据结构的说明（15分）；各模块的算法流程图（15分）；进程管理和进程调度（40分），运行时的显示信息（20分）。

复习与思考题

1．为什么程序并发执行会产生间断性特征？

2．程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？

延伸阅读

1．《Red Hat Linux用户基础》，红帽软件(北京)有限公司，电子工业出版社，2007。

2．如何在RedHat Linux上做性能调优.http://os.51cto.com/art/201512/502968.htm

3．最常用的20个监控Linux系统性能的命令行工具.http://os.51cto.com/art/201512/501859.htm

第三章 处理机调度与死锁

教学目的和要求：掌握操作系统中存在的3级调度；掌握调度算法，掌握衡量调度性能优劣的作业周转时间、进程周转时间等概念；了解产生死锁的各种原因；掌握各种死锁解决措施，特别是避免死锁的方法。

重点知识点：调度的性能衡量；调度算法；死锁的预防；利用银行家算法避免死锁。

能力点：银行家算法；资源分配图的化简。

教学形式：讲授+实验

第一节 处理机调度

一、处理机调度的层次

二、调度队列模型和调度准则

（一）调度队列模型

（二）选择调度方式和调度算法的若干准则

三、调度算法

（一）先来先服务和短作业(进程)优先

（二）高优先权优先

（三）基于时间片的轮转调度算法

四、实时调度

第二节 死锁

一、产生死锁的原因和必要条件

（一）产生死锁的原因

（二）产生死锁的必要条件

（三）处理死锁的基本方法

二、预防死锁的方法

（一）预防死锁

（二）系统安全状态

（三）利用银行家算法避免死锁

三、死锁的检测与解除

实践教学设计

课时：2

实验3 Linux的系统管理

实验目的：掌握Linux操作系统的系统管理及应用技术。

实验内容：帐户管理、文件管理、软件管理、系统安全管理。

实验要求：掌握Linux系统的管理技能，作为系统管理员能够对系统帐户、系统文件、系统的安全性进行管理；能够正确安装软件和卸载软件，实验完成后每人写出实验报告。

复习与思考题

1．高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？

2．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程(作业)调度算法？

延伸阅读

1．《Red Hat Linux用户基础》，红帽软件(北京)有限公司，电子工业出版社，2007。

第四章 存储器管理

教学目的和要求：掌握三种程序装入方式：绝对装入、可重定位装入、动态运行时装入；了解三种程序链接方式；掌握连续分配存储管理的几种方式；掌握对换技术；掌握分页存储管理方式；了解分段存储管理方式。

重点知识点：动态分区分配算法；分区回收算法；分页系统中的地址变换机构；分页与分段的主要区别。

能力点：动态分区分配算法；内、外零头的处理；快表。

教学形式：讲授+实验

第一节 内存的分配

一、程序的装入和链接

二、连续分配方式

（一）单一连续分配

（二）固定分区分配

（三）动态分区分配

（四）可重定位动态分区分配

第二节 基本分页存储管理方式和基本分段存储管理方式

一、基本分页存储管理方式

（一）页面与页表

（二）地址变换机构

（三）两级和多级页表

二、基本分段存储管理方式

（一）分段系统的基本原理

（二）信息共享

（三）段页式存储管理方式

三、虚拟存储器的基本概念

第三节 请求分页存储管理方式和页面置换算法

一、请求分页存储管理方式

（一）请求分页中的硬件支持

（二）内存分配策略和分配算法

（三）调页策略

二、页面置换算法

（一）最佳置换算法和先进先出置换算法

（二）最近最久未使用(LRU)置换算法

（三）Clock 置换算法

（四）其它置换算法

实践教学设计

课时：2

实验4 Linux的服务功能

实验目的：掌握Linux的Internet服务功能。

实验内容：基于Linux的Apache服务器的配置、DNS服务器的配置、FTP服务器的配置、Mail服务器的配置。

实验要求：掌握Linux的功能强大的Internet服务功能，掌握Linux用于Internet的多种服务器的配置技能及配置文件，实验完成后每人写出综合实验报告。

作业设计

作业名称：存储管理模拟程序

作业要求：设计请求页式存储管理方案，并编写模拟程序实现之。页面淘汰算法采用：  FIFO和LRU页面淘汰算法或 FIFO和OPT页面淘汰算法。

评分标准：任务的基本原理描述、设计思想和系统结构的说明（10分）；    数据结构的说明（15分）；各模块的算法流程图（15分）；页面尺寸合理，随机产生一个进程的大小，构建页表并对页表进行初始化（20分），按不同的算法功能按钮则执行不同的算法（30分），显示结果（10分）。

复习与思考题

1．为什么要配置层次式存储器？

2．分区存储管理中常用哪些分配策略？比较它们的优缺点。

延伸阅读

1．进入1TB大容量时代 创见SSD370固态硬盘试用http://server.51cto.com/Storage-460129.htm

2．软件定义闪存：SSD加速企业数据中心变革.http://server.51cto.com/Storage-459356.htm

第五章 设备管理

教学目的和要求：了解I/O系统的组成；掌握I/O控制方式；了解缓冲管理；了解Spooling技术；了解设备驱动程序。

重点知识点：I/O系统的组成；I/O控制方式；Spooling技术。

能力点：I/O控制方式。

教学形式：讲授+实验

第一节 I/O系统和I/O 控制方式

一、I/O系统

二、I/O 控制方式

（一）程序 I/O 方式

（二）中断驱动 I/O 控制方式

（三）直接存储器访问(DMA)I/O 控制方式

（四）I/O 通道控制方式

第二节 缓冲管理和磁盘存储器的管理

一、缓冲管理

（一）单缓冲和双缓冲

（二）循环缓冲

（三）缓冲池

二、磁盘存储器的管理

（一）磁盘调度

（二）磁盘高速缓存

（三）提高磁盘 I/O 速度的其它方法

三、设备分配

（一）设备分配中的数据结构

（二）设备分配时应考虑的因素

（三）独占设备的分配程序

（四）SPOOLing 技术

实践教学设计

课时：1

实验5 Linux的磁盘分配

实验目的：掌握Linux的磁盘分配功能。

实验内容：基于Linux的文件系统，实现磁盘分配。

实验要求：掌握Linux的实现磁盘分配功能，掌握Linux磁盘规划，根据需要扩展，实验完成后每人写出综合实验报告。

作业设计

作业名称：磁盘调度算法模拟程序

作业要求：在充分理解磁盘调度算法的原理基础上，设计磁盘调度算法，并编写模拟程序实现之。磁盘调度算法采用：FCFS和SSTF算法或SCAN和CSCAN汰算法。

评分标准：任务的基本原理描述、设计思想和系统结构的说明（10分）；    数据结构的说明（15分）；各模块的算法流程图（15分）；选择生成序列则随机产生磁盘寻道请求序列和当前道号，并显示在界面上（20分），执行速度用于控制执行过程中两个访问之间的时间间隔30分，按不同的算法功能按钮则执行不同的算法40分。

复习与思考题

1．为了实现 CPU 与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？

2．如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？

延伸阅读

1．2016年最值得关注的大数据领域33大预测.http://geek.csdn.net/news/detail/457

2．Windows常用的数据缓存介绍及清除办法.http://os.51cto.com/art/201512/502970.htm

第六章 文件管理

教学目的和要求：掌握文件的相关概念；掌握文件的逻辑结构；掌握单级目录结构、两级目录结构、树型目录结构以及各自的目录查询技术；了解文件共享的含义，实现文件共字的方法；了解文件保护的相关方法。

重点知识点：文件的逻辑结构；文件目录结构。

能力点：文件索引；文件目录结构。

教学形式：讲授+实验

第一节 文件和文件的逻辑结构

一、文件和文件系统

二、文件的逻辑结构

（一）文件逻辑结构的类型

（二）顺序文件

（三）索引文件

（四）索引顺序文件

（五）直接文件和哈希文件

第二节 外存分配方式和目录管理

一、外存分配方式

（一）连续分配

（二）链接分配

（三）FAT 和 NTFS 技术

二、目录管理

（一）文件控制块和索引结点

（二）目录结构

（三）目录查询技术

第三节 文件存储空间的管理、文件共享与文件保护

一、文件存储空间的管理

（一）空闲表法和空闲链表法

（二）位示图法

（三）成组链接法

二、文件共享与文件保护

（一）基于索引结点的共享方式

（二）利用符号链实现文件共享

（三）磁盘容错技术

三、数据一致性控制

实践教学设计

课时：2

实验6 Linux的MySQL数据库应用

实验目的：了解Linux的MySQL数据库服务技术的应用。

实验内容：安装和配置MySQL数据库、访问MySQL数据库。

实验要求：能正确安装和配置MySQL数据库服务功能，创建数据库并掌握访问数据库的各种命令，实验完成后每人写出实验报告。

复习与思考题

1．文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。

2．试从检索速度和存储费用两方面来比较两级索引文件和索引顺序文件。

延伸阅读

1．《Linux  Shell编程艺术》，张泽编著，电子工业出版社，2013

2．《LINUX企业应用案例精解》，李晨光，清华大学出版社，2012

签字：

编制（主讲教师）：

审核（教研室和系部主任）：

主管院长：