操作系统Operating Systems课程编号：课程属性：专业主干课学分：4学分学时：60 （其中：52讲课学时：8上机学时）课程性质：必修先修课程：《数据结构》、《计算机组成原理》、《程序设计基础》适用专业：计算机科学与技术、软件工程、网络工程教材：《计算机操作系统(修订版)》, 汤子赢哲凤屏汤小丹, 西安电子科技大学出版社2006开课院系：计算机与软件学院一、课程的性质和任务（标题用黑体五号字，内容用宋体五号字，以下相同）操作系统是计算机系统配置的基本软件之一。
它在整个计算机系统软件中占有中心地位。
其作用是对计算机系统进行统一的调度和管理，提供各种强有力的系统服务，为用户创造既灵活又方便的使用环境。
本课程是计算机及应用专业的一门专业主干课和必修课。
通过本课程的学习,使学生掌握操作系统的基本概念、设计原理及实施技术,具有分析操作系统和设计、实现、开发实际操作系统的能力。
二、课程的基本内容及要求第一章（单元）操作系统引论（6学时）1、教学内容§1.1概述操作系统的概念、目标、作用、层次模型；操作系统的历史§1.2操作系统的特征、功能；操作系统的特征、服务、功能§1.3操作系统的分类和发展批处理系统；分时系统；实时系统；单用户操作系统;网络操作系统;操作系统的三种基本类型、通用操作系统§1.4操作系统的运行环境2、基本要求(1)了解操作系统的作用和两个主要目标(2)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(3)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(4)熟悉操作系统的五个主要功能(5)了解操作系统结构设计的几种方法，熟悉他们各自的优缺点(6)了解操作系统提供给的服务和操作系统运行的环境3、重点难点(1)操作系统的作用范围(2)多道程序设计的概念(3)并发概念的深入理解(4)操作系统的四个基本特征的表述和两个最主要的特征(5)分时系统和实时系统的比较(6)操作系统的概念以及操作系统提供给用户的接口第2章处理器管理（12学时）1、教学内容§2.1 进程管理§2.1.1 进程的概念前趋图；程序的顺序执行；程序的并发执行；§2.1.2 进程的描述进程的定义；特征；状态图；状态转换图;进程控制块§2.2.3 进程控制进程控制方式；进程控制机构；进程的创建与撤消；进程的阻塞与唤醒；进程的挂起与激活；§2.1.4 进程调度调度的基本概念；调度的时机、切换与过程；调度的基本准则；调度的类型；调度队列模型；调度算法：先来先服务调度算法、短作业（进程）优先调度算法、优先权优先调度算法进程的时间片轮转法调度、多级反馈调度算法§2.2作业管理§2.2.1 作业管理的基本概念作业管理的功能;§2.2.2 批处理作业作业控制语言;作业的组织;作业的装入;批处理作业的调度§2.2.3 作业调度算法的实现先来先服务；短作业优先；响应比高者优先；优先权高者优先算法2、基本要求了解几个常用的作用调度算法，掌握他们的工作和实现原理。
掌握评价作业调度算府优劣的常用评估标准，准确的记忆这些标准的定义，并对不同的算法做出评价。
3、重点难点§2.3 线程概念2、基本要求(1)了解引入进程的原因，引入线程的原因(2)理解进程的概念和线程的概念和特征，做到能找出进程和程序、进程和现场的区别(3)理解进程的三个基本状态之间的转换原理，能列出引出转换的典型事件(4)了解进程控制块的构造，了解进程控制的内容3、重点难点(1)进程和程序的比较，进程和线程的比较(2)进程的三个基本状态的转换的因果关系(3)作业的状态(4)作业调度算法的概念(5)作业调度算法中响应比高者优先及各种算法的比较第三章存储器管理（10学时）1、教学内容§4.1 存储管理的功能程序的装入和程序的链接；存储空间的分配和去配；内存分配回收算法§4.2 连续分配存储区管理重定位概念；单连续存储管理；固定分区存储区管理；可变分区存储区管理可变分区存储管理的内存分配算法：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法§4.3 连续分配存储区管理基本的分页存储管理方式：逻辑页面和页表，地址变换机构基本的分段存储管理方式：段表和分段系统的基本原来、分页存储管理方式和分段存储管理方式得区别段页式存储管理方式的基本概念§4.4虚拟存储器对换(s)的基本概念和对虚拟存储管理的作用请求分页虚拟存储管理系统；硬件支持:页表机制、缺页中断机构、地址变换机构页面调度算法:最佳置换算法(OPT)、先进先出置换算法(FIFO)、最近最久未使用置换算法(LRU)；时钟置换算法(CLOCK)请求分段存储管理系统：硬件支持，地址变换机构页面分配策略；抖动现象和工作集；§4.5请求分段管理方式和请求段页式管理方式2、基本要求(1)了解一个程序从编译、链接到被装入执行的过程，理解逻辑地址和物理地址的含义(2)了解静态链接和动态链接、绝对装入和可重定位装入(3)理解几种基本的连续分配方式，能区分是否有内部碎片和外部碎片(4)掌握分页存储管理方式的逻辑地址结构，页表结构，能根据页面大小和逻辑地址位数计算页表的体积(5)掌握分页存储管理方式的地址变换过程，能画出分页系统的地址机构图(6)了解快表和多级页表的作用和原理(7)了解分段系统的逻辑地址结构、段表结构，地址变换过程(8)了解分页系统和分段系统的区别和联系，优点和缺点(9)了解段页式系统的地址变换过程(10)理解虚拟存储器的概念，知道请求分页、请求分段和请求段页式是如何实现虚拟存储器的(11)掌握请求分页系统的页面置换算法，能根据给出的引用串列页面替换情况表，会计算缺页率、命中率，知道几种常用置换算法的优缺点，了解Belady异常，了解抖动和对付抖动的方法—工作集模型(12)了解请求分段系统的优点3、重点难点(1)内部碎片和外部碎片(2)逻辑地址和物理地址(3)内存分配策略(4)分页的地址变换、页表的使用(5)分页和分段的优缺点(6)虚拟存储器概念(7)页面置换算法和缺页率第四章文件系统（6学时）1、教学内容§5.1 文件和文件系统文件、记录、数据项；文件类型、文件系统模型、文件操作；§5.2 文件逻辑结构顺序文件、索引文件、索引顺序文件；§5.3 外存的分配方式连续分配、链接分配、索引分配§5.4 目录管理文件控制块和索引结点；目录结构的类型§5.5 文件存储空间的管理空闲表法和空闲链表法位示图法§5.6 文件共享与保护2、基本要求(1)了解文件系统、文件、记录、数据项的概念(2)了解文件的几种分类方式，了解文件系统的层次结构(3)掌握文件的打开和关闭操作的含义，了解文件的基本操作(4)了解文件的逻辑结构，理解有结构文件（记录式文件）的类别(5)掌握三种外存分配方式，理解连续分配、链接分配和索引分配之间的优缺点，会用这三种分配方式寻找、删除、插入、移动数据块(6)掌握混合索引结构的分配方式，以UNIX的索引节点为例，会计算混合索引结构所能访问到的外存空间的容量(7)了解几种目录结构，掌握多级目录结构（树形目录结构）的访问方式(8)理解文件存储管理中的空闲表、空闲链表法、位示图法和成组连接法(9)了解文件保护的方法，了解文件共享的动机、方式和语义，理解文件共享的几种方法(10)了解文件系统的实现3、重点难点(1)文件的打开操作和关闭操作(2)记录式文件和流式文件的区别(3)连续分配、链接分配及索引分配访问磁盘的次数(4)混合索引方式访问的磁盘容量和读取所需的磁盘I/O次数(5)树形目录结构的文件共享第五章设备管理（10学时）1、教学内容§6.1 Ｉ／Ｏ控制系统主要Ｉ／Ｏ设备的物理、逻辑特性；Ｉ／Ｏ控制方式；§6.2 缓冲管理基本概念；缓冲方式§6.3磁盘调度算法磁盘的结构磁盘的调度算法：先来先服务;最短查找时间优先;扫描算法;分步扫描;单向扫描§6.4 设备分配和管理SPOOLING技术§6.5 设备处理2、基本要求(1)了解I/O设备的几种类型(2)掌握四种I/O控制方式，重点掌握DMA方式和通道方式，做到能列举中断方式、DMA方式和通道方式之间的区别和联系(3)了解引入缓冲的目的，了解缓冲区的类别和结构，理解缓冲区和快速缓存的区别(4)了解设备分配和回收(5)掌握SPOOLing技术的概念，理解引入SPOOLing技术的目的，做到能叙述出SPOOLing技术是如何实现的(6)了解磁盘的结构，区分盘面、磁道、柱面、扇区等概念(7)理解磁盘访问时间的构成，做到会计算寻道时间和旋转延迟时间(8)掌握几种典型的磁盘调度算法，重点掌握SSTF和SCAN算法，理解他们的优缺点，做到能为给定的一组磁盘访问请求按照这些算法调度(9)了解几种提高磁盘I/O速度的方法，理解延迟写的过程(10)了解I/O应用接口，出错处理。
3、重点难点(1)DMA控制方式的流程，DMA方式和通道方式以及中断方式的区别(2)引入缓冲的目的(3)快速缓存和缓冲区的区别(4)SPOOLing技术的概念、目的以及实现过程(5)磁盘访问时间的计算(6)常用磁盘调度算法的使用第七章进程的并发（16学时）1、教学内容§7.1进程同步与互斥概念；临界资源与临界区；实现临界区互斥的基本方法：软件实现方法、硬件实现方法；信号量与p.v原语；管程；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§2.6 进程通信通信类型：共享存储系统、消息传递系统、管道通信；通信方式；消息缓冲队列通信机制；§7.3 死锁死锁的基本概念；死锁的成因及必要条件；死锁处理策略；死锁预防与避免；死锁的解除与预防；银行家算法防止死锁；死锁的检测、死锁定理、资源分配图2、基本要求(1)了解进程为什么要同步和互斥，同步互斥的区别(2)理解临界区和临界资源的概念，能判读简单的两进程临界区算法的正确性(3)掌握整型信号量和记录型信号量的伪代码定义(4)掌握信号量的用法，能用信号量处理各种实际的互斥和同步的问题(5)了解管程的优势和定义(6)了解进程通信的几种方式(7)了解多线程模型和实现临界区互斥的基本方法(8)理解死锁发生的四个必要条件，做到能举例子如何限制这些条件不成立，能判断当前系统有没有发生死锁(9)理解处理死锁的几个方法，尤其是死锁预防和死锁避免的区别(10)掌握死锁避免的重要算法-银行家算法，做到能用银行家算法调度一个系统的资源分配(11)了解死锁检测和解除的概念和方法3、重点难点(1)三级调度之间的比较和含义(2)常见的调度算法的比较(3)用常见的调度算法调度当前系统，并计算平均周转时间、平均加权周转时间、平均等待时间(4)用死锁发生的必要条件来分析系统是否会死锁，提出解决方案(5)用银行家算法判别系统是否处于安全状态，是否应该同意一个进程的资源申请(6)判断临界区算法的正确与否(7)整型信号量和记录型信号量的定义(8)信号量的应用三、大纲说明（教学手段，作业形式、次数，考查方法手段等）教学手段：多媒体课件和黑板板书相结合，参考部分考研的题型作业形式：书后的作业习题部分选做，挑选一些分析性较强的考研题目，每章一次作业考查方法：书面考试(70%)+平时（10%）+作业（10%）+实验（10%）。