操作系统_南通大学_中国大学MOOC(慕课)

SPOC学校专有课程

操作系统

开课时间： 2025年02月24日 ~ 2025年07月30日

学时安排： 5小时

进行至第20周，共23周已有 290 人参加

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spContent=操作系统是计算机系统的核心和灵魂，是计算机系统不可缺少的重要组成部分，是计算机系统中最基础和最核心的系统软件。操作系统课程是计算机相关专业的专业基础课程。本课程主要讲述操作系统的原理，使学生不仅能从系统内部了解操作系统的工作原理，而且使学生可以学习掌握软件设计的思想方法和技术方法。本课程将从操作系统绪论、处理机管理、并发进程、存储管理、设备管理、文件管理和操作系统新技术等七个方面进行讲解。重点讲解操作系统的功能与特性、服务与接口功能、进程与线程管理、处理机调度、同步与互斥、死锁检测与预防、分页与分段存储管理、虚拟存储管理、缓冲技术、磁盘调度管理、文件组织与存储、文件系统与实现等。本课程教学团队成员由教授、副教授、讲师组成，团队成员均具有多年的操作系统课程教学经验，愿与同学们一起畅游操作系统的知识海洋。

操作系统是计算机系统的核心和灵魂，是计算机系统不可缺少的重要组成部分，是计算机系统中最基础和最核心的系统软件。操作系统课程是计算机相关专业的专业基础课程。本课程主要讲述操作系统的原理，使学生不仅能从系统内部了解操作系统的工作原理，而且使学生可以学习掌握软件设计的思想方法和技术方法。本课程将从操作系统绪论、处理机管理、并发进程、存储管理、设备管理、文件管理和操作系统新技术等七个方面进行讲解。重点讲解操作系统的功能与特性、服务与接口功能、进程与线程管理、处理机调度、同步与互斥、死锁检测与预防、分页与分段存储管理、虚拟存储管理、缓冲技术、磁盘调度管理、文件组织与存储、文件系统与实现等。本课程教学团队成员由教授、副教授、讲师组成，团队成员均具有多年的操作系统课程教学经验，愿与同学们一起畅游操作系统的知识海洋。

—— 课程团队

课程概述

《操作系统》课程主要内容涉及操作系统的基本原理、主要功能及相关设计技术。通过课程学习，使学生理解现代操作系统的基本原理、主要功能和相关设计技术，掌握当今主流操作系统的应用模式和管理方法，了解其运行环境和实现细节，为今后学习、剖析、使用和开发新的操作系统及设计、编写大规模应用程序打下坚实的理论及实践基础。

课程首先介绍操作系统的基本概念、资源管理技术及用户接口等，然后在此基础上，分别介绍操作系统主要功能模块的原理方法，包括处理机管理、内存管理、设备管理和文件管理，并结合Linux操作系统说明相关原理方法在具体操作系统中的运行过程，最后介绍操作系统技术的最新进展。

本课程的主要特色包括：

⑴理论与实践结合紧密，既强调操作系统的基本原理、方法，又重视相关原理方法在具体操作系统中的运行过程；

⑵强调软硬件协同，从操作系统作为资源管理者的角度介绍操作系统相关功能的原理和方法；

⑶采用分级教学，针对学生的不同需求设置教学内容。课堂教学面向所有学生，介绍操作系统的基本原理、方法，而对于有考研需求和学有余力的学生，分别提供相应的内容，并引导学生完成学习。

⑷融合多种教学手段，采用翻转课堂法、案例法及讨论法等多种教学方法，给学生提供学习资源并引导学生完成自主学习。

授课目标

理解现代操作系统的基本原理、主要功能和相关设计技术，掌握当今主流操作系统的应用模式和管理方法，了解其运行环境和实现细节，为今后学习、剖析、使用和开发新的操作系统及设计、编写大规模应用程序打下坚实的理论及实践基础。

成绩要求

考核成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，采用百分制计分，其中期末考试成绩占60%，平时成绩占40%，平时成绩包括作业（10%）、实验（10%）、单元测验(10%)、期中考试（5%）和综合评价（5%）。

课程大纲

操作系统绪论

课时目标：1) 理解操作系统概念，了解操作系统作用和目标；2) 了解操作系统资源三大技术；3) 了解批处理的概念，理解单道和多道的区别，理解分时系统和实时系统的区别；4) 熟悉操作系统的四个基本特征，理解并发性的含义，做到能区分并发和并行；5) 熟悉操作系统的五个主要功能；6) 了解操作系统提供的基本服务和用户接口；7) 了解操作系统结构设计的几种方法和各自的优缺点。

1-1操作系统的定义、作用、功能和特性

1-2操作系统的资源管理技术

1-3操作系统的发展与分类

1-4多道程序设计与操作系统形成

1-5操作系统服务和用户接口

1-6操作系统结构与运行模型

1-7经典操作系统简介

处理器管理

课时目标：1) 理解处理器和程序状态字概念；2) 理解中断技术系列概念：中断概念、中断源分类、中断和异常的响应及服务、中断事件处理、中断优先级和多重中断；3) 理解操作系统引入进程的概念目的。4) 掌握进程的状态和转换过程，以及进程挂起的原因和目的。5) 掌握进程的描述方法以及主要组成。6) 理解操作系统中引入多线程的动机、线程主要组成以及几种类型线程的实现方法7) 理解处理器调度层次、选择调度算法的原则、作业和进程的关系、作业的管理与调度；8) 掌握和应用处理器调度算法：先来先服务算法，最短作业优先算法，最短剩余时间优先算法，最高响应比优先算法。

2-1 处理器与寄存器

2-2 指令与处理器模式

2-3 中断及其分类

2-4 中断事件处理

2-5 中断优先级和多重中断事件的处理

2-6进程及其状态

2-7进程的数据描述

2-8进程切换与模式切换

2-9进程的管理与控制

2-10多线程技术概述

2-11线程的实现

2-12处理器调度的层次

2-13 处理器调度算法的选择原则

2-14 作业调度与进程调度

2-15处理器调度算法1

2-16处理器调度算法2

2-17 Linux中断处理

2-18 Linux进程

2-19 Linux调度算法

并发进程

课时目标：1) 理解顺序程序设计和并发程序设计的特性；2) 理解与时间有关的错误及其产生的原因；3) 理解进程同步与互斥的含义；4) 理解并掌握临界区的相关概念及管理原则；5) 了解软件同步、硬件同步的实现方法；6) 理解并掌握信号量的概念和PV操作原语的过程；7) 掌握P、V操作的物理意义；8) 理解并掌握经典同步问题(生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题)；9) 理解进程通信的概念，了解进程通信的基本类型；10) 掌握死锁的基本概念、死锁产生的原因、死锁产生的必要条件以及死锁的解决方法。

3-1并发进程

3-2临界区和临界区管理的尝试

3-3实现临界区管理的软件方法和硬件设施

3-4同步与同步机制

3-5信号量与PV操作

3-6 同步的实现步骤

3-7哲学家就餐问题

3-8读者-写者问题

3-9生产者-消费者问题

3-10理发师问题

3-11管程概述

3-12管程的实现

3-13管程解决进程同步问题

3-14进程通信

3-15死锁产生

3-16死锁防止

3-17死锁避免

3-18死锁检测和解除

3-19 Linux同步与通信机制

存储管理

课时目标：1) 理解逻辑地址、物理地址、地址空间、碎片、虚拟存储器、抖动等相关概念；2) 理解存储器管理中连续分配的相关概念及原理；3) 了解可变分区管理中主存不足的解决方法；4) 理解分页管理的思想及原理；5) 理解分段管理、段页式管理的思想及原理；6) 了解虚存管理的硬件支持；7) 理解并掌握请求分页管理的基本思想及地址转换过程；8) 理解快表的概念及应用；9) 理解多级页表和反置页表的实现原理；10) 理解并掌握使用位示图管理内存空间的方法；11) 了解页面分配和替换策略；12) 理解并掌握缺页中断过程；13) 理解并掌握全局页面置换算法；14) 了解局部页面置换算法；15) 掌握请求分段管理的基本思想。16) 了解Linux 虚拟存储管理

4-1存储管理概述

4-2 连续存储管理

4-3 可变分区分配算法

4-4 内存不足的管理技术

4-5 简单分页存储管理

4-6多级页表与反置页表

4-7 简单分段存储管理

4-8 虚拟存储概述

4-9 页式虚拟存储管理

4-10 段式及段页式虚拟存储

4-11 页式虚拟存储的几个设计问题

4-12 缺页中断率及其影响因素

4-13 全局页替换策略

4-14 局部替换策略

4-15 Linux存储管理

设备管理

课时目标：1) 理解I/O硬件原理及控制方式；2) 理解I/O软件原理及I/O中断处理程序、设备驱动程序；3) 理解缓冲技术的基本思想及常用缓冲技术；4) 理解驱动调度技术及其优化分布、查找定位；5) 理解设备的独立性及其分配；6) 理解虚拟设备及其假输入输出含义；7) 了解LINUX设备管理；8) 掌握I/O控制方式的种类及其工作原理；9) 掌握单缓冲、双缓冲、多缓冲的工作原理；10) 掌握磁盘结构、磁盘信息的优化分布和磁盘移臂调度算法。11) 了解RAID及其共同特性

5-1 设备管理概述

5-2 I/O硬件

5-3 I/O软件

5-4 缓冲技术

5-5 存储设备的物理结构及驱动调度

5-6 旋转调度策略

5-7 移臂调度策略

5-8提高磁盘I/O速度的方法

5-9独立磁盘冗余阵列

5-10设备分配

5-11虚拟设备

5-12 Linux磁盘调度算法

5-13 Linux设备管理

文件管理

课时目标：1) 理解文件系统的主要功能；2) 理解文件系统相关概念；3) 了解文件的分类；4) 理解并掌握文件逻辑结构和物理结构及分类；5) 理解并掌握文件控制的组成和作用；6) 理解并掌握文件的共享、保护和保密方法；7) 了解文件目录组织方式；8) 理解记录的成组与分解的实现方法；9) 掌握文件存储空间的管理方法

6-1 文件管理概述

6-2 文件目录

6-3文件的逻辑结构

6-4文件的物理结构

6-5 文件系统调用

6-6 文件共享

6-7 文件保护与保密

6-8辅存空间管理

6-9 虚拟文件系统

6-10文件系统性能及可靠性

6-11 Linux文件系统

操作系统新技术

课时目标：了解目前流行的操作系统新技术

7-1 操作系统新技术概述

7-2 云计算

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预备知识

计算机硬件和软件的基础知识，应已修完计算机导论、程序设计语言和数据结构，并具有计算机组成原理方面的初步知识。

参考资料

[1]费翔林、骆斌编著，操作系统教程（第五版），高等教育出版社，2014.

2]William Stallings.Operating Systems Internals and Design Principles(Ninth Edition).Pearson Education Group，2018.6

[3]Abraham Silberschatz; Henry F. Korth; S. Sudarshan, Operating System Concepts (Ninth Edition), Wiley, 2012

[4]Andrews S. Tanenbaum, Modern Operating Systems (Second Edition), Prentice-Hall, 2015.

[5]Andrews S. Tanenbaum, Operating System: Design and Implementation (Third Edition), Prentice-Hall, 2006

[6]Abraham Silberschatz, Peter Galvin, Greg Gagne, Applied Operating System Concepts (First Edition), Wiley, 2000

[7]陈向群，杨芙清，操作系统教程（第二版），北京大学出版社，2006

[8】汤小丹等编著.计算机操作系统（慕课版）.人民邮电出版社，2022.1

3 位授课老师

戴树贵

副教授

章雅娟

讲师

丁卫平

教授

戴树贵

章雅娟

丁卫平

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