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同济大学电子与信息工程学院《操作系统原理》教学大纲
 http://www.ezkaoyan.com   2006-4-17     打印文本   加入收藏夹

教学大纲

（计算机科学与技术、信息安全专业适用，72学时、4学分，2004年4月修订）

 

一、课程性质、目的与任务

《操作系统原理》是计算机科学与技术专业的专业课。操作系统是计算机系统配置的基本系统软件之一，在计算机系统软件中占有极其重要的地位。本课程在介绍操作系统一般原理的基础上，详细介绍了UNIX操作系统的实现。通过理论联系实际的教学，使学生能较系统地了解计算机操作系统的基本概念、工作原理、设计目标和主要的算法和技术，培养学生分析和设计操作系统的初步能力，为今后进一步从事计算机操作系统和系统软件的分析、研制和开发打下良好的基础。   

二、课程基本要求

1.      掌握操作系统的基本概念和原理，并对计算机操作系统有整体的概念；

2.      了解组成计算机操作系统各模块的工作过程及有关的算法；

3.      熟悉UNIX操作系统的系统结构、各主要模块以及模块之间的关系；

4.      了解计算机操作台最新的技术发展。

 

三、课程教学基本内容

（一）    引论

１．     计算机操作系统发展史简介

２．     操作系统分类

３．     操作系统的功能和特性

（二）    并发进程

１．     程序和进程的概念

２．     进程的表示及调度状态、优先级

３．     进程通信

（三）    中断和陷入

１．     同步和互斥

２．     消息机制和信号处理

３．     中断及其一般处理过程

４．     中断优先级和多重中断

５．     中断源分类

６．     陷入和系统调用

（四）    存储管理

１．       存储管理概述。存储器的分级及信息传送、存储器分配、地址重定位、    信息保护

２．       虚拟存储器及有关算法。页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚    拟存储器、调入算法等

（五）    进程管理

１．     进程切换调度。进程调度的一般原理、切换调度的条件和时机

２．     进程的睡眠和唤醒

３．     进程图象在内存和盘交换区之间的传送

４．     进程的创建

５．     进程终止和父、子进程的同步

（六）    字符块设备管理

１．     概述。设备分类、设备管理的设计目标、通道、缓冲技术

２．     缓冲存储区管理。缓冲存储区管理队列、缓存管理算法、缓存管理队列的初始状态和变化过程

３．     块设备驱动。I/O请求块及其队列、块设备启动、块设备中断处理和同步操作

４．     块设备读、写技术

（七）    字符设备管理

１．     字符缓冲技术

２．     字符设备开关、设备表和设备寄存器组

３．     终端机的I/O字符处理及设备驱动

４．     终端机读、写操作

（八）    文件管理系统

１．     文件系统的用户界面

２．     目录结构

３．     文件的结构和存取方法

４．     文件存储空间的管理

５．     文件的共享、保护保密和文件系统的完整性

（九）    进程通信和死锁

１．     管道

２．     死锁。产生死锁的条件、死锁的防止、死锁的检测和解除、死锁的避免

（十）    系统初启和再生

１．     系统初启

２．     进程图象改换和文件的执行。可执行目标程序文件的组成、改进进程图象系统调用exec和参数传递

 

四、实践环节

本课程要求学生完成以下6个实验（其中实验一主要为后继实验作准备），共计20小时。

实验针对操作系统中以下关键问题而设计：

l        应用程序如何得以在系统上运行；

l        执行应用程序时所产生的进程其生命周期中发生了哪些演变；

l        对进程和线程如何管理；

l        对系统中各种设备如何加以控制；

l        如何启动设备；

l        设备中断时系统的整个处理过程是怎样的；

l        如何组织、管理好系统中两级存储器；

l        对于分散存放在磁盘上的文件如何能够管理得井井有条；

l        多用户环境下文件如何实现既共享又安全；

l        怎样减少真正的磁盘读写动作。

 

实验一  常用SHELL命令

内容： 1.文件、目录的操作和管理  2.目录和文件的权限  3.VI的使用

4.SUID权和相应安全问题  5.存储和状态方面的命令 

6. GCC   7.FIND等实用程序   8.定时任务

学时：本实验分4次完成，每次2小时。

目的：熟悉UNIX编程的基本环境，了解简单的安全问题，对进程有感性

的认识，能在UNIX下进行C程序开发。

实验二：进程标识

内容：父子进程标识、用户标识、组标识、进程族标识的系统调用

学时：1次，2小时。

目的：了解进程族之间各种标识及其存在的关系

实验三：进程的并发

内容：父子、兄弟进程之间的并发

学时：1次，2小时。

目的：了解并发程序的不可确定性,能进行简单并发程序设计

实验四：进程同步

内容：父子、兄弟进程之间的同步与互斥

学时：1次，2小时。

目的：了解同步与互斥的一般模型，能进行一般的进程通信的编程

实验五：信号处理

内容：并发进程之间通过发送和接收信号进行通信，指定信号处理函数，

信号的忽略和恢复、利用信号进行同步。

学时：2次，每次2小时。

目的：掌握UNIX信号处理的特点，熟悉关于信号处理的系统调用。

实验六：PIPE和FIFO通信

内容：多个并发进程之间通过无名管道和有名管道进行通信

学时：1次，2小时。

目的：熟悉PIPE系统调用，掌握有名管道的使用。

 

五、先修课程

本课程的先修课程包括：计算机导论，Ｃ语言，汇编语言，数据结构。

 

六、学时数分配

序号

内容

学时安排

小计

理论课时

实验或习题课时

上机课时

1

引论

2

 

 

2

2

并发进程

8

 

8

16

3

中断和陷入

8

 

 

8

4

存储管理

10

 

2

12

5

进程管理

12

 

4

14

6

字符块设备管理

10

 

2

12

7

字符设备管理

4

 

 

4

8

文件管理系统

10

 

2

12

9

进程通信和死锁

4

 

2

6

10

系统初启和再生

4

 

 

4

总计

72

 

20

92

 

 

七、教材与主要参考书

（一）教材

1.         王爱英. 计算机组成与结构. 第3版, 北京: 清华大学出版社, 2001

2.         Hennessy John L & Patterson David A. Computer Organization & Design: The Hardware/Software Interface. 2nd Edition, Morgan Kaufmann, 1998（北京: 机械工业出版社, 1999）

 

（二）主要参考书

教材：

《UNIX操作系统教程 target=_blank title=网上书城检索>UNIX操作系统教程》尤晋元  西安电子科技大学出版社 第

自遍讲义（在最近国外关于操作系统的一般原理的教材基础上）

主要参考书：

《UNIX内核源代码分析 target=_blank title=网上书城检索>莱昂氏UNIX内核源代码分析》，J.Lions著 尤晋元译  机械工业出版社

《Oprating System Design and Implementation target=_blank title=网上书城检索>Oprating System Design and Implementation》，Tanenbaum, 电子工业出版社

《Modem Operating System target=_blank title=网上书城检索>Modem Operating System》， Tennenbaum， 机械工业出版社

《Oprating System Internals and Design Principles target=_blank title=网上书城检索>Oprating System Internals and Design Principles》，William Stallings 电子工业出版  第4版

《UNIX结构分析 target=_blank title=网上书城检索>UNIX结构分析》胡希明著，浙江大学出版社

《操作系统教程》孙仲秀著， 高等教育出版社 第3版

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