操作系统原理教学大纲标准格式 课程名称:操作系统原理课时数:64 学分数:4 先修课程:《计算机操作系统基础》、《基于操作系统的程序设计》、《数据 结构》、《C语言》 课程性质:专业基础课 、课程性质和任务 对计算机专业本科生而言,《操作系统原理》课程是继《计算机操作系统基 础》、《基于操作系统的程序设计》、《软件工程原理》、《数据结构》等基础 课、专业课程之后又一门重要的专业基础课程。该课程的教学目的是,运用软件 工程原理、数据结构等专业基础知识向学生系统地介绍操作系统的设计原理和实 现技术。该课程的教学内容包括操作系统体系结构、任务管理模型、资源管理模 式、任务调度算法以及资源分配算法等。 众所周知,在现代计算机系统中,操作系统是最核心、最基础的部件。因此,操 作系统设计原理与实现技术是任何合格的计算机专业人员必须掌握的专业知识 这些知识对计算机系统底层软件开发人员、系统软件开发人员、计算机系统管理 人员等均十分重要。因此,在计算机专业的课程体系中,《操作系统原理》向来 被指定为计算机专业本科生必修的专业基础课程之一。尤其是,包括我校在内的 很多大学均把《操作系统原理》课程列为计算机专业或相关专业的硕士及博士硏 究生入学考试课程。 二、教学内容与学时分配(熟练和重点掌握内容、一般掌握内容、了解內容、自 学内容等) 第一章 操作系统概论(8学时,一般掌握)
操作系统原理教学大纲标准格式 课程名称： 操作系统原理 课时数： 64 学分数：4 先修课程： 《计算机操作系统基础》、《基于操作系统的程序设计》、《数据 结构》、《C 语言》 课程性质： 专业基础课 一、课程性质和任务 对计算机专业本科生而言，《操作系统原理》课程是继《计算机操作系统基 础》、《基于操作系统的程序设计》、《软件工程原理》、《数据结构》等基础 课、专业课程之后又一门重要的专业基础课程。该课程的教学目的是，运用软件 工程原理、数据结构等专业基础知识向学生系统地介绍操作系统的设计原理和实 现技术。该课程的教学内容包括操作系统体系结构、任务管理模型、资源管理模 式、任务调度算法以及资源分配算法等。 众所周知，在现代计算机系统中，操作系统是最核心、最基础的部件。因此，操 作系统设计原理与实现技术是任何合格的计算机专业人员必须掌握的专业知识。 这些知识对计算机系统底层软件开发人员、系统软件开发人员、计算机系统管理 人员等均十分重要。因此，在计算机专业的课程体系中，《操作系统原理》向来 被指定为计算机专业本科生必修的专业基础课程之一。尤其是，包括我校在内的 很多大学均把《操作系统原理》课程列为计算机专业或相关专业的硕士及博士研 究生入学考试课程。 二、教学内容与学时分配（熟练和重点掌握内容、一般掌握内容、了解内容、自 学内容等） 第一章 操作系统概论（8 学时，一般掌握）
1.1什么是OS 介绍不同的人从不同的角度观察现代OS时所形成的四种基本观点,综合这 四种基本看法,人们才能全面地正确地认识现代OS。 12OS的系统需求 介绍操作系统的功能性和非功能性需求 13OS的体系结构 OS总体结构包含两类OS子系统:一是用户接口子系统,二是基础平台子 系统。介绍基础平台子系统的结构风格,双模式等内容 14现代OS的特征和类型 引入为什么OS要支持多道程序设计?现代OS的两个基本特征,现代OS 的类型 第二章 进程与调度(24学时,熟练和重点掌握) 本章主要介绍:进程描述及控制、进程互斥与同步、进程死锁与饥饿、 几个经典问题、进程通信及进程调度等知识,是本课程的重点及难点章。 2.1进程描述及控制( Process Description And Contro) 主要介绍进程的并发执行、进程状态及其转换、进程描述信息(PCB)、进 程控制(原语, Primitive) 211进程状态( Process states) 21.2进程描述( Process Description) 2.1.3进程控制 22调度类型( Types of scheduling)
1.1 什么是 OS 介绍不同的人从不同的角度观察现代 OS 时所形成的四种基本观点，综合这 四种基本看法，人们才能全面地正确地认识现代 OS。 1.2 OS 的系统需求 介绍操作系统的功能性和非功能性需求 1.3 OS 的体系结构• OS 总体结构包含两类 OS 子系统：一是用户接口子系统，二是基础平台子 系统。介绍基础平台子系统的结构风格，双模式等内容 1.4 现代 OS 的特征和类型 引入为什么 OS 要支持多道程序设计？现代 OS 的两个基本特征，现代 OS 的类型 第二章 进程与调度（24 学时，熟练和重点掌握） 本章主要介绍：进程描述及控制、进程互斥与同步、进程死锁与饥饿、 几个经典问题、进程通信及进程调度等知识，是本课程的重点及难点章。 2.1 进程描述及控制(Process Description And Control) 主要介绍进程的并发执行、进程状态及其转换、进程描述信息（PCB）、进 程控制（原语，Primitive） 2.1.1 进程状态（Process states） 2.1.2 进程描述（Process Description） 2.1.3 进程控制 2.2 调度类型(Types of scheduling)
调度的目标、调度的类型、调度的层次 23调度原则( Scheduling Criteria) 面向用户的原则、面向系统的原则 24调度算法( Scheduling Algorithms) 介绍多种调度算法及其分析 25实时调度(Rea- Time Scheduling) 实时系统(Rea- Time System)、实时任务(real- time task)的类型、实时Os 的特征、现代实时OS的要求、实时调度要求、实时调度算法 2.6并发:互斥与同步 介绍进程的并发执行、实现互斥的软件方法(忙等)、硬件机制 信号量、监控程序和消息传递技术、几个经典问题:生产者消费者问题、读者/ 写者问题等 第三章 存储管理(16学时,熟练和重点掌握)· 31引言 存储管理需求:重定位、·存储保护、·存储共享、逻辑组织、物理组织∶存储管 理技术:固定分区、动态分区、简单分页、简单分段、虚拟存储分页、虚拟存储 分段 3.2简单存储管理技术 分区技术、固定分区技术、·动态分区技术、·伙伴系统 虚拟存储管理技术 虚拟存储分页技术、虚拟存储分段技术、虚拟存储段页技术 第四章 设备管理(10学时,熟练和重点掌握)
调度的目标、调度的类型、调度的层次 2.3 调度原则（Scheduling Criteria） 面向用户的原则、面向系统的原则 2.4 调度算法(Scheduling Algorithms) 介绍多种调度算法及其分析 2.5 实时调度(Real-Time Scheduling) 实时系统(Real-Time System)、实时任务(real-time task)的类型、实时 OS 的特征、现代实时 OS 的要求、实时调度要求、实时调度算法 2.6 并发：互斥与同步 介绍进程的并发执行、实现互斥的软件方法（忙等）、硬件机制 信号量、监控程序和消息传递技术、几个经典问题：生产者/消费者问题、读者/ 写者问题等 第三章 存储管理（16 学时，熟练和重点掌握）• 3.1 引言 存储管理需求：重定位、•存储保护、•存储共享、逻辑组织、物理组织；存储管 理技术：固定分区、动态分区、简单分页、简单分段、虚拟存储分页、虚拟存储 分段 3.2 简单存储管理技术 分区技术、固定分区技术、•动态分区技术、•伙伴系统 3.3 虚拟存储管理技术 虚拟存储分页技术、虚拟存储分段技术、虚拟存储段页技术 第四章 设备管理（10 学时，熟练和重点掌握）
主要介绍计算机IO子系统的组成、OS设备管理模块的结构、IO缓冲技术、 磁盘调度策略、RAID技术 541计算机I/O子系统的组成 物理I/O设备的分类、物理IO设备之间的差异、物理I/O设备的控制方式 DMA控制器的组成原理、微型和小型计算机I/O子系统的组成中型和大型计 算机I/O子系统的组成 542oS设备管理模块的结构 oS设备管理模块的设计目标、逻辑I/O设备、OS设备管理模块的分层结构、 oS设备管理模块的分层结构模型 543IO缓冲技术 缓冲单元、I/O缓冲区的般组织形式、单缓冲区、双缓冲区、循环缓冲区、 SPOOLing技术 544磁盘调度策略 磁盘的工作原理、磁盘性能参数、常见的磁盘调度策略∶随机调度策略、先进先 岀策略、基于优先级策略、后进先岀策略;SSTF算法、SCAN算法、 C-SCAN 算法、N-step-SCAN算法、 FSCAN算法 §45RAID技术 RAID的基本特征、RAID中的数据校验方式、RAID中的奇偶校验原理、RAID 的组织形式、RAID的优点 第五章 文件管理(10学时,熟练和重点掌握) 主要介绍文件管理系统、文件的逻辑组织、文件目录、文件共享、文件存储空间 的管理
主要介绍计算机 I/O 子系统的组成、OS 设备管理模块的结构、I/O 缓冲技术、 磁盘调度策略、RAID 技术 §4.1 计算机 I/O 子系统的组成 物理 I/O 设备的分类、物理 I/O 设备之间的差异、物理 I/O 设备的控制方式、 DMA 控制器的组成原理、微型和小型计算机 I/O 子系统的组成、中型和大型计 算机 I/O 子系统的组成 §4.2 OS 设备管理模块的结构 OS 设备管理模块的设计目标、逻辑 I/O 设备、OS 设备管理模块的分层结构、 OS 设备管理模块的分层结构模型 §4.3 I/O 缓冲技术 缓冲单元、I/O 缓冲区的一般组织形式、单缓冲区、双缓冲区、循环缓冲区、 SPOOLing 技术 §4.4 磁盘调度策略 磁盘的工作原理、磁盘性能参数、常见的磁盘调度策略：随机调度策略、先进先 出策略、基于优先级策略、后进先出策略；SSTF 算法、SCAN 算法、C-SCAN 算法、N-step-SCAN 算法、FSCAN 算法 §4.5 RAID 技术 RAID 的基本特征、RAID 中的数据校验方式、RAID 中的奇偶校验原理、RAID 的组织形式、RAID 的优点 第五章 文件管理（10 学时，熟练和重点掌握） 主要介绍文件管理系统、文件的逻辑组织、文件目录、文件共享、文件存储空间 的管理
5.1文件管理( File Management) 基本概念、文件管理系统、文件管理系统的设计目标、文件系统结构、文件管理 的功能 52文件组织( File Organization) 文件的组织原则、堆文件、顺序文件、索引顺序文件、索引文件、Hash文件 53文件目录( File directories) 目录文件的结构、简单目录结构、两级目录结构、层次或树型目录结构 54文件共享( File Sharing) 存取权限、控制并行存取、记录组块策略、记录组块方式 5.5外存的管理 介绍文件存储空间的分配问题、预分配与动态分配、文件存储空间分配法空闲 存储空间的管理 教材和参考资料(是否用双语教学 Operating System Internals and Design principles, William Stallings Tsing Hua University Press(教材,双语教学) Applied Operating System Concepts, abraham Silberschatz etc. Higher Education Press(参考书) 计算机操作系统,汤子瀛etc西安电子科技大学出版社(第3版)(参考书) 《操作系统原理》课程的知识点、重点与难点 《操作系统原理》课程是计算机专业本专科的必修课、核心课之一。课程的知识 点和重点在于让学生学习有关操作系统设计与实现的基础知识(包括描述操作系 统的基本概念、相关数据结构以及操作系统中常见的资源管理算法等),掌握基 本的操作系统设计方法和实现技术,系统深入地学习操作系统原理,设计操作系 统产品,为进一步学习计算机专业知识打好基础
5.1 文件管理（ File Management） 基本概念、文件管理系统、文件管理系统的设计目标、文件系统结构、文件管理 的功能 5.2 文件组织（File Organization） 文件的组织原则、堆文件、顺序文件、索引顺序文件、索引文件、Hash 文件 5.3 文件目录（File Directories） 目录文件的结构、简单目录结构、两级目录结构、层次或树型目录结构 5.4 文件共享（File Sharing） 存取权限、控制并行存取、记录组块策略、记录组块方式 5.5 外存的管理 介绍文件存储空间的分配问题、预分配与动态分配、文件存储空间分配法空闲 存储空间的管理 三、教材和参考资料（是否用双语教学） •Operating System Internals and Design principles, William Stallings , TsingHua University Press（教材，双语教学） •Applied Operating System Concepts , Abraham Silberschatz etc. , Higher Education Press（参考书） •计算机操作系统，汤子瀛 etc.,西安电子科技大学出版社（第 3 版）（参考书） 《操作系统原理》课程的知识点、重点与难点 《操作系统原理》课程是计算机专业本专科的必修课、核心课之一。课程的知识 点和重点在于让学生学习有关操作系统设计与实现的基础知识（包括描述操作系 统的基本概念、相关数据结构以及操作系统中常见的资源管理算法等），掌握基 本的操作系统设计方法和实现技术，系统深入地学习操作系统原理，设计操作系 统产品，为进一步学习计算机专业知识打好基础
《操作系统原理》主要介绍计算机操作系统的设计方法和实现技术,学习众 多操作系统的设计精髓,而不针对某一特定的操作系统产品。可以说,该门课程 的内容是人们在操作系统工程实践方面的经验总结。所以,《操作系统原理》的 教学内容呈现出这样几个主要特点:更新速度快、系统性差、概念抽象、原理性 强。这些特点也是《操作系统原理》这门课程的学习难点 课程的学习方法指导 1.明确学习目的,激发学习兴趣。兴趣是促进学习的巨大动力,教师有义务 激发学生的学习兴趣,尤其是这种理论性较强的课程。所以,在第一堂课, 就应该清楚地告诉学生学习该课程的目的,并针对不同学生的需求将学习目 的具体化。例如,学习《操作系统原理》的目的因人而异,对于一般计算机 用户,是为了更好地使用计算机;对于程序员,是为了能设计出更优化的应 用程序;对于系统分析员和高级程序员,深入学习操作系统原理,是分析系 统、设计系统(程序)及操作系统产品的必由之路。同时,根据学生已经遇 到的问题结合教学内容提出一些能激发学生兴趣的问题。例如,为什么可以 边利用word工具编辑文章,一边用光盘播放CD,听音乐?磁盘与磁带 在文件访问方式上有什么区别?内存和缓存有何不同?等等。有了兴趣,带 着问题,学生就能主动学习,探索问题的答案。 2.介绍课程内容时,教师必须首先帮助学生建立操作系统总体结构轮廓,然 后再介绍各部件内容。即可以采用“突出总体结构、深入讲解部件”的教学 原则。根据这一原则,首先介绍操作系统总体结构知识,包括系统界面、基
《操作系统原理》主要介绍计算机操作系统的设计方法和实现技术，学习众 多操作系统的设计精髓，而不针对某一特定的操作系统产品。可以说，该门课程 的内容是人们在操作系统工程实践方面的经验总结。所以，《操作系统原理》的 教学内容呈现出这样几个主要特点：更新速度快、系统性差、概念抽象、原理性 强。这些特点也是《操作系统原理》这门课程的学习难点。 课程的学习方法指导 1. 明确学习目的，激发学习兴趣。兴趣是促进学习的巨大动力，教师有义务 激发学生的学习兴趣，尤其是这种理论性较强的课程。所以，在第一堂课， 就应该清楚地告诉学生学习该课程的目的，并针对不同学生的需求将学习目 的具体化。例如，学习《操作系统原理》的目的因人而异，对于一般计算机 用户，是为了更好地使用计算机；对于程序员，是为了能设计出更优化的应 用程序；对于系统分析员和高级程序员，深入学习操作系统原理，是分析系 统、设计系统（程序）及操作系统产品的必由之路。同时，根据学生已经遇 到的问题结合教学内容提出一些能激发学生兴趣的问题。例如，为什么可以 一边利用 Word 工具编辑文章，一边用光盘播放 CD，听音乐？磁盘与磁带 在文件访问方式上有什么区别？内存和缓存有何不同？等等。有了兴趣，带 着问题，学生就能主动学习，探索问题的答案。 2. 介绍课程内容时，教师必须首先帮助学生建立操作系统总体结构轮廓，然 后再介绍各部件内容。即可以采用“突出总体结构、深入讲解部件”的教学 原则。根据这一原则，首先介绍操作系统总体结构知识，包括系统界面、基
本功能、组成结构等。然后根据操作系统各部件划分章节内容,并在介绍各 部件实现原理和设计算法之前反复强调操作系统总体结构。这样,在一条明 确主线的引导下,学生的学习更具方向性和目的性,学习效果明显提高。而 且,整个教案的内容组织十分注重引导学生探讨各种知识的内在联系,注重 知识的理解,而非简单记忆。 3.理论联系实际。系统设计原理和实现算法都是些抽象且理论性较强的东 西,必须结合实际才能真正领会其内涵。我们所用的《操作系统原理》教材采用 了先介绍原理再分析实例的组织方法,学习基本原理以后,务必用相关的原理指 导分析具体操作系统实例。并结合自己日常用到的操作系统,分析其中遇到的问 题。例如,有同学以前遇到这样的问题:当在 Windows操作系统上打开很多“窗 口”时,虽然计算机仍在运行,而且有指示灯显示机器非常繁忙,但是响应却很 慢。当学习了资源竟争、内存交换等原理以后,这个问题就非常容易理解了
本功能、组成结构等。然后根据操作系统各部件划分章节内容，并在介绍各 部件实现原理和设计算法之前反复强调操作系统总体结构。这样，在一条明 确主线的引导下，学生的学习更具方向性和目的性，学习效果明显提高。而 且，整个教案的内容组织十分注重引导学生探讨各种知识的内在联系，注重 知识的理解，而非简单记忆。 3. 理论联系实际。系统设计原理和实现算法都是些抽象且理论性较强的东 西，必须结合实际才能真正领会其内涵。我们所用的《操作系统原理》教材采用 了先介绍原理再分析实例的组织方法，学习基本原理以后，务必用相关的原理指 导分析具体操作系统实例。并结合自己日常用到的操作系统，分析其中遇到的问 题。例如，有同学以前遇到这样的问题：当在 Windows 操作系统上打开很多“窗 口”时，虽然计算机仍在运行，而且有指示灯显示机器非常繁忙，但是响应却很 慢。当学习了资源竞争、内存交换等原理以后，这个问题就非常容易理解了