中原大学

作业系统

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课程概述

摘 要:

「作业系统导论」(Introduction to Operating Systems)着重于建立作业系统的基本概念,为了激发更多同学对作业系统的兴趣,在这门课程中,我们并不着重在理论的讲授与实做,而是透过常见的实务案例来对应作业系统的基本概念,让学习者能一窥作业系统领域,为未来进修更前瞻的作业系统课程奠定基础。

 

课程目标

课程教学目标包含知識、技能及态度三部分:


(知识

学习 运用数学、科学以及工程知识的能力。

设计工程系统、元件或制程之能力。

本课程介绍现代作业系统之基本概念,它包含处理程序/处理器管理、记忆体管理、档案管理、及设备管理。


(技能

学习 执行工程实务所需技术、技巧及使用工具之能力。

学生于此课程所学习到的概念,能够对应到实际使用的作业系统,能够操作作业系统及了解其原理。


(态度

学习 发掘、分析及处理问题的能力。

学生于学习过程中需发挥充分的求知精神,按时缴交作业及进行评量,

有问题立刻上网找资料及与同学、助教、老师进行互动。


授课目标
本课程提供多元学习情境,除教师讲述外,让学生进行探索,自行建构知识,教师提供学习资源及回馈。在师生互动方面提供教师讲述,作业缴交,测验及议题讨论,在同侪互动方面提供议题讨论让,合作/协作学习,互评,提升学生自我学习动机。
证书要求

评分标准:


考核项目

评量比例()

 

平时

讨论

10%

作业

课后作业

10%

测验

线上测验

20%

期中考()+ 期中考()

30%

期末考()+ 期末考()

30%

 

通过标准:

课程及格标准60满分:100

预备知识

本课程适用于对作业系统的基本概念有兴趣者,无需高深的程式撰写能力,只需具备电脑基本概念即可,适合想要一探作业系统的奥秘的学生,若你曾学过作业系统但遇到挫折,本课程是绝佳的作业系统入门课程。

授课大纲

單元

單元名稱

內容綱要

第一單元

作業系統簡介

何謂作業系統:介紹何謂作業系統?並說明作業系統的四大管理

作業系統開機載入原理:說明啟動載入器及命令直譯器的運作方式

批次處理:說明批次處理及其應用

多重程式與分時系統:說明多重程式與分時系統以及其關係

即時系統:說明即時系統,以及即時系統與連線的關係

週邊設備線上同時工作:說明週邊設備線上同時工作及其使用的時機

多處理器系統:說明多處理器系統以及多核心中央處理器的觀念

分散式系統:說明分散式系統

作業系統的保護機制:說明雙模保護機制及系統呼叫的關係

作業系統結構:說明分層結構、微核心、模組化及虛擬機器

第二單元

 

電腦的硬體結構

 

電腦的運作:說明現代電腦運作過程與硬體之間的關係

輪詢與中斷:說明輪詢與中斷以及其關係,並說明陷阱

中斷的處理方式:說明中斷的處理方式及中斷優先等級

直接記憶體存取:說明直接記憶體存取及週期盜取以及使用時機

輸出與輸入緩衝區:說明輸出與輸入緩衝區的運作方式

階層式記憶體:說明輔助記憶體、主記憶體、快取記憶體、暫存器的組合架構

系統保護:說明從硬體角度,作業系統如何配合做系統保護

第三單元

處理程序概念

處理程序的生成:說明何謂處理程序,並說明處理程序如何生成

處理程序的生命週期:說明處理程序的三態變化

環境切換:說明處理程序如何進行環境切換

處理程序的排程:說明處理程序的短程、中程及遠程排程

處理程序的衍生:說明處理程序如何進行衍生、執行、等待

處理程序的內部通訊:說明處理程序的內部通訊方式

處理程序的合作:說明生產者與消費者的處理程序合作模式

第四單元

執行緒的概念

使用處理程序的缺點:說明使用處理程序與使用執行緒不同之處

何謂執行緒:說明處理程序與執行緒的關係及不同之處

使用執行緒的特性:說明使用執行緒的特性

執行緒的應用方式:說明執行緒共用資源及併行處理的應用

使用者執行緒及核心執行緒:說明使用者執行緒及核心執行緒不同處

多重執行緒模組:說明使用者執行緒及核心執行緒對應關係

執行緒的程式範例:說明Java執行緒程式撰寫範例

第五單元

中央處理器排程

 

排程基本名詞定義:說明輸出/輸入限制處理程序、中央處理器限制處理程序、可奪取及不可奪取排程的定義

先到先服務排程法:說明先到先服務排程法及甘特圖

最短工作優先排程法:說明最短工作優先排程法

優先等級排程法:說明優先等級排程法及無限等待問題

知更鳥式循環排程法:說明分時系統排程法

多階層佇列排程法:說明多階層佇列排程法

多階層回饋佇列排程法:說明多階層回饋佇列排程法

第六單元

記憶體空間的管理

邏輯地址空間與實體地址空間:說明邏輯地址空間與實體地址空間的概念

邏輯地址空間轉換至實體地址空間:說明程式如何載入主記憶體位置

記憶體管理的策略:說明記憶體管理的策略

實際記憶體與虛擬記憶體管理:說明實際記憶體與虛擬記憶體管理方法不同之處

實際記憶體管理方法:說明實際記憶體管理有哪些方法

提供緊湊之變動分割法:說明提供緊湊之變動分割法

支離破碎的問題:說明內部支離破碎及的外部支離破碎問題

分頁法:說明分頁法的運作方式

分頁法的特性:說明分頁法的特性

分段法:說明分段法的運作方式

第七單元

檔案系統

階層式資料:說明階層式資料及檔案結構

檔案屬性:說明檔案屬性

檔案的運算:說明檔案的運算及開擋關檔的意義

文字檔與二元檔:說明文字檔與二元檔的特徵

邏輯記錄與實體記錄:說明邏輯記錄及實體記錄與檔案的關係

檔案的分類:說明循序檔、隨機檔及索引檔的特徵

樹狀目錄結構:說明樹狀目錄結構及其特徵

非循環圖形目錄結構:說明非循環圖形目錄結構

一般圖形目錄結構:說明一般圖形目錄結構

檔案之保護:說明如何對檔案做保護

 


参考资料

本课程提供上课讲义,不需额外购买教科书。

学习者仍可参考以下参考书目,以获得更深入的学习内容:

1. Silberschatz, Galvin, and Gagne. Operating system concepts 9th ed., 2014, John Wiley & Sons, ISBN:9781118093757.


2. Silberschatz, and Abraham. Applied operating system concepts 1st ed., 2000, New York : John Wiley, ISBN: 0471365084.