课程教学大纲黑体,小2号

Linux课程教学大纲课程编号: 3145710E课程名称： Linux 英文名称： Linux 课程类型: 学科内选修课先修课程： 操作系统学 时： 68 学分： （暂不填）适用对象: （专科 计算机系各专业）责任编辑：齐 毅大纲制订人：刘 磊大纲审定人：王凤芹校 对：宋少中制 订 日 期：2007年07一、课程性质、目的 本课程是计算机科学与技术专业的专业选修课，主要是对Linux操作系统进行分析，帮助学生对Linux内核有个概括的认识，能够提供一个Linux如何工作的清晰的印象。目的是使学生加深对操作系统的基本知识与基本技能的理解，学会在Linux平台上编写应用程序，培养学生的分析问题和解决问题的实际能力。二、教学基本要求 课堂以教师讲授与学生讨论为主，学生在课余时间，应以小组为单位就某个专题进行讨论，通过课上课下的配合，力争使学生熟练掌握Linux的安装、常用命令、常用服务配置，同时了解系统的系统结构、主要算法等，并能够对系统内核进行编程。三、教学内容及要求第一章 Linux系统概述了解：Linux的特征及组成 理解：Linux内核的主要组成部分 掌握：内核源代码的组成 重点：Linux内核的主要组成部分 难点:分布式操作系统与网络操作系统有什么不同第一节 Linux的特征及组成一、Linux的主要特性二、Linux的组成第二节 Linux的主要特性一、内存管理二、进程调度三、设备驱动程序四、文件系统五、网络第三节 Linux内核分析 一、核心源码的组织二、Linux内核源代码的组成三、Linux内核分析方法第二章 Linux系统的启动了解：操作系统的启动 理解：Linux的引导过程 掌握：系统引导，实模式下的初始化，保护模式下的初始化 重点：系统引导，实模式下的初始化，保护模式下的初始化 难点: 读懂系统启动的相关代码 第一节 操作系统的启动一、系统引导过程简介二、硬盘结构三、引导扇区第二节 Linux的引导过程一、Linux系统引导过程分析二、实模式下的初始化三、保护模式下的初始化四、系统初始化第三章 中断和中断处理了解：硬件提供的中断机制和约定 理解：Linux的中断处理和软中断处理机制 掌握：Linux的中断处理和软中断处理机制 重点：中断处理全过程 难点: 软中断 第一节 硬件提供的中断机制和约定一、中断产生的过程二、中断请求三、置中断标志位四、中断处理程序的不可重入性五、时钟和定时器中断第二节Linux的中断处理一、Linux中断处理程序的特色二、中断的相关数据结构三、中断向量表IDT的初始化四、中断请求队列的初始化第三节Linux的软中断处理机制一、底半处理二、与半底处理相关的数据结构三、任务队列四、tasklet五、软中断六、使用示例第四节 中断处理全过程一、异常的处理全过程二、外部设备中断处理的全过程三、后续处理第四章 内存管理了解：Linux内存管理子系统的整体概念；存储层次结构 理解：内存映射和需求分页;Linux页缓存 掌握：Linux虚存系统 重点：内存映射和需求分页;Linux页缓存 难点: 内存映射和需求分页 第一节 存储层次结构和x86存储管理硬件一、内存管理基本框架二、地址映射的全过程三、地址映射的效率分析 四、连续物理区域管理第二节 Linux虚存系统一、使用虚存的优点二、Linux虚存的“分页”机制第三节 Linux的内存页表 一、内存页的分配和释放 二、内存映射和需求分页三、Linux页缓存第四节 内存交换与高速缓存 一、内存交换 二、高速缓存第五节 相关系统工具 一、建立交换空间 二、使用交换空间 三、分配交换空间 四、缓冲区高速缓存的守护进程第五章 进程管理及进程间通信 了解：Linux进程和线程概述；Linux下进程间通信的主要手段 理解：进程的创建和进程调度 掌握：进程调度 重点：进程调度 难点: 内核同步机制第一节Linux进程和线程 一、Linux进程管理的数据结构 二、标识符信息 三、进程状态信息 四、文件信息 五、虚拟内存 六、时间和定时器 七、关于线程 八、会话和进程组第二节 进程的创建和进程调度 一、进程的创建 二、进程的管理和调度 三、进程的切换第三节 可执行程序 一、可执行可连接格式 二、脚本文件第四节Linux下进程间通信的主要手段 一、信号 二、管道和套接字第五节 System V的IPC机制 一、消息队列 二、信号量 三、共享内存 四、相关系统工具第六节 内核同步机制 一、原子操作和信号量 二、任务队列 三、等待队列和异步信号 四、Buzz锁 五、信号灯第六章 硬件和设备驱动程序 了解：常见的设备以及一些相关概念 理解：设备访问方式 掌握：设备访问方式；设备驱动程序 重点：设备访问方式；设备驱动程序 难点: 读懂并编写Linux下的设备驱动程序第一节 总线 一、总线概述 二、Linux对PCI总线的支持第二节 设备访问方式 一、查询与中断 二、直接内存访问 三、内存第三节 设备驱动程序 一、设备驱动程序的概念 二、设备驱动程序的内存分配 三、设备驱动程序和内核的接口第四节 编写Linux下的设备驱动程序 一、Linux下设备驱动程序的基本结构 二、Linux系统下的设备驱动程序第七章 文件系统 了解：虚拟文件系统概述 理解：高速缓存 掌握：高速缓存 重点：高速缓存 难点: Linux中常见的文件系统 第一节 虚拟文件系统 一、虚拟文件系统概述 二、基本对象与方法 三、文件系统的注册、安装、与卸载 四、虚拟文件系统的实现函数和数据结构第二节 高速缓存 一、文件系统分配机制 二、块高速缓存 三、索引节点高速缓存 四、目录高速缓存第三节 /proc文件系统 一、概述 二、/proc文件系统的注册 三、建立/proc文件系统的超级块 四、/proc文件系统超级块的操作函数集 五、/proc文件的管理 六、/proc文件的默认操作第四节 EXT2文件系统 一、EXT2索引节点 二、EXT2超块 三、EXT2块组描述 四、EXT2目录 五、EXT2文件系统中数据块的分配和释放 六、日志文件系统第八章 网络了解：TCP/IP协议概述 理解：套接字；网络设备接口；IP层 掌握：如何完整支持TCP/IP网络协议、支持BSD套接字，在发送和接收数据包中内核如何与网卡交互 重点：套接字；网络设备接口；IP层 难点: 理解源代码 第一节 网络协议一、TCP/IP协议概述二、TCP/IP协议工作原理及数据流第二节 套接字一、套接字的类型 二、套接字的基本结构和工作原理 三、套接字的初始化 四、套接字的通信过程第三节 套接字缓冲区 一、套接字缓冲区操作基本原理 二、套接字缓冲区的数据结构 三、套接字缓冲区提供的函数 四、套接字缓冲区的上层支持例程第四节 网络设备接口源码 一、Linux网络接口源码结构 二、网络设备接口 三、网络接口核心 四、网络协议接口 五、Socket层和用户的衔接第五节 IP层 一、接收IP数据包 二、发送IP数据包 三、数据包的分段和重组 四、地址解析协议 五、IP路由第九章 模块的动态加载和系统配置 了解：模块的动态加载 理解：Linux内核配置系统 掌握：如何将自行开发的代码加入Linux内核中 重点：Linux内核配置系统；如何将自行开发的代码加入Linux内核中 难点: 如何将自行开发的代码加入Linux内核中第一节 模块的动态加载一、模块的加载二、模块的卸载三、内核模块的管理第二节 Linux内核配置系统 一、配置系统的基本结构 二、Makefile 三、配置文件 四、配置实例第十章 统调用 了解：系统调用的定义、基本原理、使用方法和注意事项 理解：系统调用过程 掌握：系统调用的例子 重点：系统调用 难点: 与进程管理相关的系统调用例子；为内核增加系统调用实战第一节 系统调用概述 一、系统调用过程 二、系统调用的进入 三、系统调用总控程序第二节 与进程管理相关的系统调用 一、getpid 二、fork 三、exit 四、exit和_exit 五、其他一些常见的系统调用第三节 僵尸进程 一、wait 二、waitpid 三、exec系统调用 四、稍稍深入第四节 与进程管理相关的系统调用实战 一、Mini Shell 二、Daemon第五节 为内核增加系统调用实战 一、增加系统调用的两种方法 二、相关内核源代码分析 三、对内核源码的修改第十一章 程设计指导 第一节 Linux启动代码的分析第二节 Linux的fork,exec,wait函数的分析第三节 Linux的消息函数的分析第四节 Linux的调度和时钟中断处理代码的分析第五节 自选课题四、教学方法与手段 启发式教学、案例教学、多媒体教学、实践教学五、各教学环节学时分配 学时：课程讲授学时56，上机学时12，合计68学时，建议分配如下。章 节学 时 分 配合计讲课习题课讨论课实验其他第一章第一节11第二节 1.51.5第三节1.51.5小计44第二章第一节22第二节22小计44第三章第一节0.50.5第二节0.50.5第三节112第四节11小计314第四章第一节11第二节11第三节11第四节11第五节112小计516第五章第一节11第二节121第三节11第四节11第五节11第六节123小计628第六章第一节11第二节11第三节11第四节11小计44第七章第一节11第二节22第三节11第四节112小计516第八章第一节11第二节11第三节11第四节1.51.5第五节1.523.5小计628第九章第一节1.51.5第二节1.512.5小计314第十章第一节11第二节11第三节11第四节1.512.5第五节1.512.5小计628第十一章第一节22第二节2.52.5第三节2.52.5第四节2.52.5第五节2.52.5小计12合 计46101268六、课外习题及课程讨论 第1章：1、进程“并发”与计算机系统中CPU的个数有无关系？为什么？ 2、分布式操作系统与网络操作系统有什么不同之处？第2章：1、Linux系统一般的开机引导过程第3章：1、假设你正在设计一种先进的计算机体系结构，它使用硬件而不是中断来完成进程切换，则CPU需要哪些信息？请描述用硬件完成进程切换的工作过程。 2、目前的计算机上，中断处理程序至少有一小部分用汇编语言编写，为什么？第4章：1、你认为页面是长好还是短好？理由？ 2、扩充主存有哪几种办法？第5章：1、系统处于不安全状态，但有可能不导致死锁。举例验证 2、考虑十字路口的交通死锁问题。用信号量方法建立避免死锁的交通规则。第6章：1、为什么输入输出设备都离不开缓冲区？ 2、块设备I/O请求队列中如何考虑减少磁头（硬盘）移动距离？第7章：对一个文件有哪几种控制访问方法？第8章：1、如何使用socket系统调用进行进程通信？举例 2、在网络环境中，哪些网络资源可以被网络中各站点（节点）共享？哪些资源不宜共享？第9章：1、使用管程，而不是信号量来解决哲学家用餐的问题。第10章：新一代操作系统采用微内核技术，有什么优缺点？七、考核方式 本课程为必修考试课程，考试形式是闭卷考核，成绩由平时（30%）、期末（70%）综合评定。八、推荐教材和教学参考书教 材：1、骆耀祖，Linux操作系统分析教程，清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005参考书：1、汤荷美编著，Linux基础教程，清华大学出版社，2001。 2、潘登等译，Linux操作系统内核实习，机械工业出版社，2002。 3、朱华生 冯祥胜编著Linux基础教程，清华大学出版社，2005。