操作系统
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spContent=当今时代,我们的生活中无时无刻都离不开电脑,编写代码、打印文档、一边聊天一边听音乐……你想知道计算机是如何按照人们的要求,高效完成这些工作的吗?通过本课程学习,你将从进程管理、内存分配等基本理论中获得答案。让我们一同进入操作系统课程的学习吧。
—— 课程团队
课程概述

操作系统是计算机科学与技术专业的专业核心课,学分数为4,总学时数为60,理论教学时数为50,实验教学时数为10,该课程对其他专业课程起着承上启下的作用。

本课程的主要内容分为进程管理、处理机调度与死锁、存储器管理、设备管理、文件管理、操作系统接口等。通过课程学习,使学生掌握操作系统的基本原理、实现机制和基本算法,结合目前的典型操作系统进行具体分析,加深对操作系统基本原理的理解和认识,为学生以后的学习和工作打下基础。


授课目标
在学习操作系统的基本概念、主要功能、基本原理、实现机制和基本算法的基础上,对系统各功能模块协调工作的原理有较全面的认识,帮助学生体会和领悟复杂软件系统的分析设计思想,使学生具有分析现代操作系统的能力,为今后从事相关的研究、开发工作打下坚实的基础。
课程大纲

课程教学的主要内容

1 操作系统引论

掌握操作系统的目标、作用和基本特性;了解操作系统的形成和发展历程;熟悉操作系统的结构;理解多道程序设计的思想;掌握批处理系统、分时系统和实时系统的特性;熟悉操作系统各模块的主要功能。

主要内容:

1.1 操作系统的目标和作用

1.2 操作系统的发展过程

1.3 操作系统的基本特征

1.4 操作系统的主要功能

1.5 操作系统的结构设计

重点和难点:操作系统的概念、功能、分类、特征

2 进程管理

掌握进程的概念、进程的状态及状态转换、进程创建与撤销、挂起与激活、阻塞与唤醒等原语过程;重点掌握进程同步机制,利用信号量机制解决进程同步问题;掌握进程间的通信机制;理解线程的概念以及线程与进程的区别,了解线程的实现方式。

主要内容:

2.1 进程的基本概念

2.2 进程控制

2.3 进程同步

2.4 经典进程的同步问题

2.5 进程通信

2.6 线程

重点和难点:进程概念、进程同步和互斥、信号量机制、利用信号量机制解决进程同步和互斥问题

3 处理机调度与死锁

熟悉处理机调度的基本概念和调度队列模型;掌握选择调度算法的准则,理解各种调度算法的思想和优缺点分析;了解实时调度的实现条件和常用算法;掌握死锁的概念、死锁产生的必要条件,死锁的预防、避免、检测及解除方法;熟练掌握银行家算法的算法思想。

主要内容:

3.1 处理机调度的层次

3.2 调度队列模型和调度准则

3.3 调度算法

3.4 实时调度

3.5 产生死锁的原因和必要条件

3.6 预防死锁的方法

3.7 死锁的检测与解除

重点和难点:调度算法、死锁的处理方法、使用银行家算法避免死锁

4 存储器管理

了解存储器管理的方式和实现方法;理解逻辑地址、物理地址、重定位、虚拟存储器等概念;掌握固定分区、动态分区、分页、分段和段页式存储管理技术的思想和实现原理;掌握动态分区分配算法、页面置换算法的思想。

主要内容:

4.1 存储器的层次结构

4.2 程序的装入和链接

4.3 连续分配方式

4.4 基本分页存储管理方式

4.5 基本分段存储管理方式

4.6 虚拟存储器的基本概念

4.7 请求分页存储存储管理方式

4.8 页面置换算法

4.9 请求分段存储管理方式

重点和难点:分页、分段式存储管理技术、虚拟存储技术、页面置换算法

5 设备管理

了解操作系统处理用户I/O请求的基本过程;熟悉I/O控制方式;理解缓冲技术、SPOOLing技术;掌握设备独立性、I/O通道等概念;掌握设备分配算法和磁盘调度算法。

主要内容:

5.1 I/O系统

5.2 I/O控制方式

5.3 缓冲管理

5.4 I/O软件

5.5 设备分配

5.6 磁盘存储器的管理

重点和难点:缓冲技术、虚拟设备技术、磁盘调度算法

6 文件管理

熟悉文件系统的基本概念和实现过程;掌握文件的逻辑结构、物理结构、文件存储空间的管理方法;熟悉文件的目录结构,了解目录查询技术和文件共享、文件保护的方法。

主要内容:

6.1 文件和文件系统

6.2 文件的逻辑结构

6.3 外存分配方式

6.4 目录管理

6.5 文件存储空间的管理

6.6 文件共享与文件保护。

重点和难点:文件结构、文件存储空间的管理

7 操作系统接口

熟悉操作系统向用户提供的各种接口功能;掌握命令控制界面接口和系统调用;了解UNIX常用Shell命令和图形用户接口。

主要内容:

7.1 联机命令接口

7.2 Shell命令语言

7.3 系统调用

7.4 UNIX系统调用

7.5 图形用户接口

重点和难点:常见的操作系统接口、系统调用处理过程


预备知识

先修课程:数据结构、计算机组成原理、高级语言程序设计

证书要求

练习及作业50%,期末考试50%。完成课程学习,成绩合格,可以获得合格证书。

参考资料

1. 汤小丹等编著,《计算机操作系统》(第4版),西安电子科技大学出版社,2012

2. 郑扣根译,《操作系统概念》(第7版),高等教育出版社,2011

3. 孙钟秀主编,《操作系统教程》(第4版),高等教育出版社,2008