操作系统教学大纲

操作系统教学大纲

操作系统不仅是计算机相关专业学生的必修课，也是计算机系统开发与应用人员的必备专知识，这门课程将告诉我们操作系统是什么做什么、我们为什么需要操作系统、操作系统是如何工作的这样一系列问题。欢迎大家和我们一起来完成操作系统课程的学习。

课程概述

课程性质：是计算机科学与技术、物联网工程等相关专业本科生的学位课。计算机系统由硬件和软件两部分组成，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，在计算机系统中占据重要的地位，是计算机科学技术、管理信息系统及相关专业的一门专业基础课。

主要内容：操作系统的概念、发展历史、分类、功能、特征及进一步的发展，作业管理与用户接口，进程管理，处理机调度，存储管理，文件管理，输入输出设备管理等。

学习成效：通过对本课程的学习，使学生了解计算机系统中各种软硬件资源的管理方法，了解操作系统如何合理地组织计算机工作流程、如何为用户和计算机之间提供接口以及如何为用户提供良好的使用、开发环境。掌握操作系统的基本概念、基本功能、基本原理、基本算法、资源管理和分配的基本策略以及涉及到的数据结构和设计技巧，为进一步分析操作系统以及设计和开发新的操作系统打下基础。另外，可以使学生深刻理解计算机系统的工作过程、程序的运行过程，更好地进行多用户和网络环境编程。

授课目标

操作系统是计算机科学与技术、物联网工程等相关专业本科生的学位课。计算机系统

由硬件和软件两部分组成，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，在计算机系统中占据重要的地位，是计算机科学技术、管理信息系统及相关专业的一门专业基础课。该课程的主要内容包括操作系统的概念、发展历史、分类、功能、特征及进一步的发展，作业管理与用户接口，进程管理，处理机调度，存储管理，文件管理，输入输出设备管理等。通过对本课程的学习，使学生了解计算机系统中各种软硬件资源的管理方法，了解操作系统如何合理地组织计算机工作流程、如何为用户和计算机之间提供接口以及如何为用户提供良好的使用、开发环境。掌握操作系统的基本概念、基本功能、基本原理、基本算法、资源管理和分配的基本策略以及涉及到的数据结构和设计技巧，为进一步分析操作系统以及设计和开发新的操作系统打下基础。另外，可以使学生深刻理解计算机系统的工作过程、程序的运行过程，更好地进行多用户和网络环境编程。

课程大纲

01

操作系统概述（4学时，建议2020年10月10日~10月16日学习）

了解操作系统的概念、定义、发展历史、分类，掌握现代操作系统的特征。

课时

1.1 操作系统课程的特点

1.2 操作系统的目标

1.3 操作系统的概念

1.4 操作系统的发展历史

1.5 操作系统的分类

1.6 操作系统的功能

1.7 操作系统的特征

1.8 第1章小结

第一章单元测验

第一章单元作业

02

作业管理与用户接口（2学时，建议2020年10月17日~10月20日学习）

了解作业的基本概念，掌握作业的建立过程、操作系统为用户提供的接口。

课时

2.1 作业的基本概念

2.2 作业的建立

2.3 用户接口

2.4 系统调用

2.5 第2章小结

第二章单元测验

第二章单元作业

03

进程及控制（6学时，建议2020年10月21日~10月30日学习））

了解进程的概念和特点，掌握进程的状态及转换条件和实现过程、进程控制方法、现成的引入及实现。

课时

3.1 进程的引入

3.2 进程的定义

3.3 进程的描述

3.4 进程状态及转换

3.5 进程控制

3.6 UNIX进程控制

3.7 线程

3.8 第3章小结

第三章单元测验

第三章单元作业

04

进程互斥与同步（12学时，建议2020年10月31日~11月20日学习）

掌握进程的互斥与同步的实现方法、经典的进程互斥与同步问题解法、采用管程实现进程互斥与同步问题的方法。

课时

4.1 进程间的互斥关系

4.2 进程间的同步关系

4.3 进程互斥的软件方法（算法1）

4.4 进程互斥的软件方法（算法2、算法3）

4.5 进程互斥的软件方法（算法4）

4.6 进程互斥的硬件方法

4.7 信号量(semaphore)与P、V操作

4.8 经典互斥与同步问题：生产者－消费者问题

4.9 经典互斥与同步问题：读者－写者问题

4.10经典互斥与同步问题：哲学家进餐问题

4.11 信号量集

4.12 管程(monitor)及其队列结构

4.13 经典互斥与同步问题的管程实现

4.14 前趋图

4.15 第4章小结

第四章单元测验

第四章单元作业

05

进程间通信（2学时，建议2020年11月21日~11月24日学习）

掌握进程之间通信的一些主要方法。

课时

5.1 进程间通信的类型

5.2 消息缓冲

5.3 共享存储区(shared memory)

5.4 管道(pipe)

5.5 第5章小结

第五章单元测验

第五章单元作业

06

死锁（6学时，建议2020年11月25日~12月4日学习）

了解死锁的概念及发生条件，掌握死锁的预防、检测和恢复方法。

课时

6.1 死锁的概念及其发生的条件

6.2 死锁的预防

6.3 死锁的避免

6.4 死锁检测与恢复

6.5 第6章小结

第六章单元测试

第六章单元作业

07

处理机调度（6学时，建议2020年12月5日~12月15日学习）

了解处理机调度的分级方法、目标和评价准则，掌握典型的调度算法。

课时

7.1 调度的分级

7.2 作业调度

7.3 进程调度

7.4 调度算法

7.5 实时调度

7.6 多处理机调度

7.7 第7章小结

第七章单元测验

第七章单元作业

08

存储管理（10学时，建议2020年12月16日~2021年1月1日学习）

了解存储管理的功能和目标。掌握各种存储管理技术的实现方法和特点、特别是虚拟存储管理的相关技术。

课时

8.1 存储管理的功能和目标

8.2 分区存储管理

8.3 覆盖和交换技术

8.4 简单页式存储管理

8.5 简单段式存储管理

8.6 虚拟页式、段式管理

8.7 虚拟存储器的调入和置换策略

8.8 页面置换算法1：简介及最佳置换算法

8.9 页面置换算法2：最近最久未使用算法及先进先出算法

8.10 页面置换算法3：时钟置换算法

8.11 页面置换算法4：最不常用算法

8.12 第8章小结

第八章单元测验

第八章单元作业

09

文件系统（6学时，建议2021年1月2日~1月12日学习）

了解文件系统的逻辑结构和物理结构，掌握文件的外存分配方式和磁盘空闲空间管理技术。

课时

9.1 文件系统概述

9.2 文件的逻辑结构

9.3 文件的外存分配方式

9.4 目录管理

9.5 文件存储空间管理

9.6 文件共享与保护

9.7 第9章小结

第九章单元测试

第九章单元作业

10

设备管理（6学时，建议2021年1月13日~1月22日学习）

了解I/O系统的结构，掌握缓冲技术的原理和实现过程、磁盘（移臂、旋转）调度算法。

课时

10.1 I/O系统

10.2 I/O控制方式

10.3 缓冲技术1：单、双缓冲与环形缓冲

10.4 缓冲技术2：缓冲池

10.5 设备分配与回收

10.6 SPOOLing技术

10.7 磁盘存储器管理1：磁盘结构

10.8 设备管理磁盘存储器管理2：移壁调度算法

10.9 磁盘存储器管理3：旋转调度算法

10.10 磁盘存储器管理4：磁盘缓存置换算法

10.11 第10章小结

第十章单元测验

第十章单元作业

预备知识

在学习该课程之前，学生最好学过“数据结构”、“计算机组成原理”、“汇编语言”、“高级语言程序设计”或者具备相关的知识。

参考资料

教材：

张尧学、宋虹、张高编著，计算机操作系统教程（第4版），北京：清华大学出版社，2013年10月（该教材已多次进行更新，本课程教材随之更新）

参考书：

1．汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著，计算机操作系统（第4版），西安：西安电子科技大学出版社，2014年5月

2. Andrew S. Tanenbaun著，Modern Operating Systems (4th)，(英文影印版)，机械工业出版社，2017.7 （注：有中译版）

3．William Stallings著，Operating Systems Internals and Design Principle (8ed)，电子工业出版社（英文影印版），2017.2（注：有中译版）