《操作系统》课程教案

操作系统课程教案一、课程定位操作系统课程是计算机应用技术专业基础课程，属于必修课程。在课程设置上起着承上启下的作用，其特点是概念多、抽象和涉及面广。主要任务是：使学生掌握计算机操作系统的基本原理及组成；计算机操作系统的概念和相关新概念、名词及术语；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法；对常用计算机操作系统会进行基本的操作使用。按照新专业人才培养方案，该课程开设在第三学期。本课程的先导课程为计算机组成原理，微机原理，数据结构和高级语言程序设计；后续课程为数据库系统原理、计算机网络。二、课程总目标通过本课程的学习，使学生理解操作系统基本原理，并在此基础上培养学生实际动手编程能力。（一）知识目标1.理解操作系统的概念、操作系统的发展历史、类型、特征以及结构设计。2.掌握进程和线程。3.掌握死锁的预防、避免、检测和恢复。4.掌握作业调度、进程调度、调度准则、调度算法、线程调度等。5.掌握存储管理中的分区法、分页技术、分段技术、段页式技术等。6. 掌握文件系统的功能和结构、目录结构和目录查询、文件和目录操作。7. 掌握输入/输出管理、用户接口服务、嵌入式操作系统、分布式操作系统。（二）素质目标1.熟练使用计算机操作系统。2.能够解决一些简单的应用问题。3.了解计算机操作系统设计技巧。（三）职业能力培养目标1.初步具备辩证思维的能力。2.具有热爱科学，实事求是的学风和创新意识，创新精神。三、课程设计（一）设计理念以职业能力培养为导向，进行课程开发与设计。按照人才培养目标要求来确定课程的内容、教学组织、教学方法和手段，注重培养学生分析问题、解决问题的能力、计算机思维能力、自学能力和从业能力。（二）设计思路1.以“够用、适用、实用”为目标设计课程教学内容。2.考虑后序课程需要，突出重点，强化专业应用。3.注重课堂教学互动，教师为主导，学生为主体，引导学生积极思维，培养学生的学习能力。4.注重培养学生分析问题、解决问题的能力和自学能力。四、课程内容与学时分配（一）主要环节安排序号章节名称章节内容学时数1操作系统引论计算机硬件结构1什么是操作系统操作的发展历程操作系统的类型操作系统的特征操作系统结构设计操作系统初启过程2进程和线程进程概念4进程的状态和组成进程管理线程进程的同步和互斥经典进程同步问题管程进程通信3死锁资源2死锁概念死锁的预防死锁的避免死锁的检测和恢复处理死锁的综合方式4调度调度类型4作业调度进程调度调度准则调度算法线程调度多处理器调度实时调度UNIX/Linux进程调度中断处理信号机制5存储管理引言4分区法分页技术分段技术段页式技术虚拟存储器请求分页技术页面置换算法内存块的分配和抖动问题请求分段技术Linux系统的存储管理6文件系统概述4文件系统的功能和结构目录结构和目录查询文件和目录操作文件系统的实现管道文件文件系统的可靠性7输入/输出管理I/O管理概述2设备分配I/O软件层次磁盘调度和管理8用户接口服务用户接口的发展2系统调用命令行接口图形用户界面9嵌入式操作系统嵌入式系统概述3嵌入式操作系统概述实时内核及其实现示例简介10分布式操作系统分布式系统概述4分布式操作系统概述分布式系统的实现4种多机系统的比较云计算系统11安全性与保护机制安全性概述2常见的安全性攻击一般性安全机制保护机制总计32五、教学设计第一章章节名称：操作系统引论 学时：1教学目标1. 掌握操作系统的定义；2. 理解操作系统的主要类型；3. 了解操作系统的特征；操作系统的发展历程；4. 掌握操作系统结构设计教学重点1. 操作系统的定义；2. 操作系统的特征和结构设计学习难点操作系统的类型；操作系统结构设计章节内容主要教学内容1.计算机硬件结构处理器、存储器、I/O设备、总线2.什么是操作系统操作系统概念、主要功能、地位3.操作系统的发展历程操作系统的形成、发展，推动操作系统发展的动力4.操作系统的类型批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统、其他操作系统5.操作系统的特征并发、共享、不确定性6.操作系统的特征整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户服务器教学方法建议建议采用多媒体教学，形象化抽象的概念帮助学生理解第二章章节名称：进程和线程 学时：4教学目标1.掌握进程的定义，进程管理，进程的同步与互斥；2.理解进程的状态和组成；3.了解线程和管程；教学重点1.进程定义，进程的状态及其变化；2.进程的同步与互斥学习难点进程的状态和组成，进程的同步和互斥章节内容主要教学内容1.进程概念多道程序设计，进程概念2.进程的状态和组成进程的状态及其转换，进程描述，进程队列3.进程管理进程图、进程创建、进程终止、进程阻塞、进程唤醒4.线程线程概念、线程的实现5.进程的同步和互斥进程同步与互斥的概念，临界资源和临界区，互斥实现方式，信号量，信号量的一般应用6.经典进程同步问题生产者消费者问题，读者写者问题7.管程管程能有效地实现互斥8.进程通信消息传递系统，客户服务器系统中的通信教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第三章章节名称：死锁 学时：2教学目标1.掌握死锁的概念，死锁的条件；2.理解死锁的预防、避免；3.了解死锁的检测和恢复；教学重点1.死锁的预防；2. 死锁的检测和恢复；学习难点死锁的检测和恢复章节内容主要教学内容1.资源资源使用模式，可抢占资源与不可抢占资源2.死锁概念死锁的条件，资源分配图，处理死锁的方法3.死锁的预防破坏互斥条件，破坏占有且等待条件，破坏非抢占条件，破坏循环等待条件4.死锁的避免安全状态，资源分配图算法，银行家算法5.死锁的检测和恢复对单体资源类的死锁检测，多多提资源类的死锁检测，从死锁恢复，“饥饿”和活锁的概念教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第四章章节名称：调度 学时：4教学目标1.掌握调度类型，作业调度，进程调度，线程调度；2.理解调度准则，调度算法；3.了解多处理器调度，实时调度；教学重点1.进程调度；2.多处理器调度，信号机制；学习难点调度算法章节内容主要教学内容1.调度类型高级调度，中级调度，低级调度2.作业调度作业状态，作业控制块和作业调度的功能3.进程调度进程调度的功能，实际，基本方式，叫胡思系统中常用的调度算法，两级调度模型4.调度准则影响调度算法选择的主要因素，调度性能评价准则5.调度算法先来先服务法，短作业优先法，最短剩余时间优先法，优先级法，轮转法，多级队列法，多级反馈列法，高响应比优先法，公平共享法，几种常用调度算法的比较6.线程调度用户级线程，核心级线程7.多处理器调度多处理器系统的类型，多处理器调度方法8.实时调度实时任务类型，实时调度算法9.UNIX/Linux进程调度UNIX进程调度，Linux进程调度10.中断处理中断概述，中断的处理过程，中断优先级和多重中断11.信号机制信号机制概念，信号的分类、产生和传送，信号的处理方式，信号的检测和处理教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第五章章节名称：存储管理 学时：4教学目标1.掌握分页和分段的概念，虚拟存储器概念；2.理解分区法，段页式，请求分页技术；3.了解页面置换算法，内存块的分配和抖动问题；教学重点1.虚拟存储器，页面置换算法；2.分区法，分页技术，分段技术，段页式技术；学习难点页面置换算法，内存块的分配和抖动问题章节内容主要教学内容1.引言用户程序的地址空间，重定位，对换技术2.分区法固定分区法，动态分区法，可重定位分区分配3.分页技术分页存储管理的基本概念，分页系统中的地址映射，页面尺寸，硬件支持，保护方式，页表的构造，页面共享4.分段技术分段存储管理的基本概念，地址转换，端的共享和保护5.段页式技术段页式存储管理的基本原理，地址转换过程6.虚拟存储器虚拟存储器的概念，虚拟存储器的特征7.请求分页技术请求分页存储管理的基本思想，硬件支持及缺页处理，请求分页技术的性能8.页面置换算法页面置换，先进先出法，最佳置换法，最近最久未使用置换法，最近未使用置换法，第二次机会置换法，时钟置换法，最少使用置换法，页面缓冲算法9.内存块的分配和抖动问题内存块的分配，抖动问题10.请求分段技术在MULTICS11.Linux系统的存储管理Linux的多级页表结构，内存页的分配与释放，内存交换教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第六章章节名称：文件系统 学时：4教学目标1.掌握文件的概述，文件系统的功能和结构；2.理解目录结构和目录查询，文件和目录操作；3.了解文件系统的实现；教学重点1.目录结构和目录查询；2.文件系统的可靠性；学习难点文件系统的实现章节内容主要教学内容1.概述文件及其分类，文件命名，文件属性，文件存取方法2.文件系统的功能和结构文件系统的功能，文件系统的结构3.目录结构和目录查询文件控制块和文件目录，单击目录结构，二级目录结构，树形目录结构，非循环图目录结构，目录查询方法4.文件和目录操作文件操作，目录操作5.文件系统的实现文件系统的格式，文件存储分配，空闲存储空间的管理6.管道文件可以实现两个或多个进程间的直接通信7.文件系统的可靠性磁盘坏块管理，后备，文件系统和一致性教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第七章章节名称：输入/输出管理 学时：2教学目标1.掌握I/O管理的概述，I/O软件层次；2.理解设备分配；3.了解磁盘调度和管理；教学重点1. I/O管理的概述；2. 磁盘调度和管理；学习难点设备分配章节内容主要教学内容1. I/O管理的概述I/O设备分类和标识，I/O系统结构，设备控制器，I/O系统的控制方式，I/O管理的功能2. 设备分配与设备分配相关的因素，设备分配技术，设备分配算法，SPOOLing系统3. I/O软件层次中断处理程序，设备驱动程序，与设备无关的操作系统I/O软件，用户级I/O软件4. 磁盘调度和管理磁盘调度，磁盘管理教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第八章章节名称：用户接口服务 学时：2教学目标1.掌握用户接口的发展；2.理解系统调用；3.了解命令行接口；教学重点1. 系统调用；2. 图形用户界面；学习难点命令行接口章节内容主要教学内容1. 用户接口的发展命令行方式，图形用户接口2. 系统调用系统调用和库函数，系统调用使用方式，处理方式3. 命令行接口命令行的一般使用方式，命令解释程序，shell程序设计4. 图形用户界面图形界面简介， X Window教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第九章章节名称：嵌入式操作系统 学时：3教学目标1.掌握嵌入式系统概述；2.理解嵌入式操作系统概述；3.了解实时内核及其实现；教学重点1. 嵌入式操作系统概述；学习难点实时内核及其实现章节内容主要教学内容1. 嵌入式系统概述以应用为中心，以计算机技术为基础2. 嵌入式操作系统概述嵌入式操作系统的体系结构，嵌入式操作系统3. 实时内核及其实现任务管理与调度，中断和时间管理，任务的同步和通信，内存管理4. 实例简介教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第十章章节名称：分布式操作系统 学时：4教学目标1.掌握分布式系统概述；2.理解分布式操作系统概述；3.了解分布式系统的实现；教学重点1.分布式操作系统概述；2.云计算系统学习难点分布式系统的实现章节内容主要教学内容1. 分布式系统概述分布式系统特征，分布式系统的优点2. 分布式操作系统概述分布式操作系统简介，分布式系统的设计目标3. 分布式系统的实现通信问题，进程管理，死锁问题，文件系统，中间件4. 4种多机系统的比较多处理器系统，多计算机系统，网络系统，分布式5.云计算系统云计算简述，云操作系统简述教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学第十一章章节名称：安全性与保护机制 学时：2教学目标1.掌握安全性概述；2.理解常见的安全性攻击；3.了解一般性安全机制；教学重点1. 掌安全性概述；2. 常见的安全性攻击学习难点保护机制章节内容主要教学内容1. 安全性概述信息安全问题，安全环境2. 常见的安全性攻击常见的攻击点，网络威胁，计算机病毒3. 一般性安全机制安全措施，一般性安全机制4. 保护机制保护域，存取控制表，权力，可信系统，安全性能评测标准教学方法建议建议采用多媒体配合板书教学六、可利用的教学方法教学行政周章节（序号）内 容教学方法第一周第一章操作系统引论计算机硬件结构；什么是操作系统操作系统的发展历程操作系统的类型操作系统的特征操作系统的特征课堂讲授、多媒体演示第二章进程和线程进程概念；进程的状态和组成；进程管理多媒体演示、举例分析第二周第二章进程和线程线程；进程的同步和互斥；经典进程同步问题；多媒体演示、举例分析、课堂讨论第二章进程和线程管程；进程通信第三周第二章进程和线程软件生存周期。课堂讲授、举例分析第三章 死锁资源；死锁概念；死锁的预防；实例分析、演示法第四周第三章 死锁死锁的避免；死锁的检测和恢复讲授法第四章 调度调度类型；作业调度；进程调度；讲授法、实例分析、课堂讨论第五周第四章 调度调度准则；调度算法；线程调度；讲授法、实例分析、课堂讨论第四章 调度多处理器调度；实时调度；第六周第四章 调度UNIX/Linux进程调度；中断处理。讲授法、演示法第五章 存储管理引言；分区法；分页技术讲授法、演示法第七周第五章存储管理分段技术；段页式技术；虚拟存储器；讲授法、演示法、实例分析第五章存储管理请求分页技术；页面置换算法；内存块的分配和抖动问题；讲授法、演示法、实例分析第八周第五章存储管理请求分段技术；11.Linux系统的存储管理。讲授法、演示法第六章文件系统概述；文件系统的功能和结构；多媒体演示、举例分析第九周第六章文件系统目录结构和目录查询；文件和目录操作多媒体演示、举例分析第六章文件系统文件系统的实现；管道文件；第十周第六章文件系统文件系统的可靠性。讲授法、演示法第七章 输入/输出管理 I/O管理的概述； 设备分配讲授法、多媒体演示、举例分析第十一周第七章输入/输出管理I/O软件层次；磁盘调度和管理讲授法、举例分析第八章用户接口服务 用户接口的发展；系统调用第十二周第八章用户接口服务命令行接口；图形用户界面讲授法、演示法、举例分析第九章嵌入式操作系统 嵌入式系统概述；嵌入式操作系统概述第十三周第九章 嵌入式操作系统实时内核及其实现举例分析第九章嵌入式操作系统实例简介第十四周第十章分布式操作系统分布式系统概述；分布式操作系统概述讲授法第十章分布式操作系统分布式系统的实现讲授法、演示法、举例分析第十五周第十章分布式操作系统4种多机系统的比较讲授法、演示法、举例分析第十章分布式操作系统云计算系统第十六周第十一章安全性与保护机制安全性概述；常见的安全性攻击讲授法、演示法、举例分析第十一章安全性与保护机制一般性安全机制；保护机制七、可利用的教学手段、教学媒体设计教学行政周章节（序号）内 容教学方法第一周第一章操作系统引论计算机硬件结构；什么是操作系统操作系统的发展历程操作系统的类型操作系统的特征操作系统的特征课堂讲授、多媒体演示第二章进程和线程进程概念；进程的状态和组成；进程管理多媒体演示、举例分析第二周第二章进程和线程线程；进程的同步和互斥；经典进程同步问题；多媒体演示、举例分析、课堂讨论第二章进程和线程管程；进程通信第三周第二章进程和线程软件生存周期。课堂讲授、举例分析第三章 死锁资源；死锁概念；死锁的预防；实例分析、演示法第四周第三章 死锁死锁的避免；死锁的检测和恢复讲授法第四章 调度调度类型；作业调度；进程调度；讲授法、实例分析、课堂讨论第五周第四章 调度调度准则；调度算法；线程调度；讲授法、实例分析、课堂讨论第四章 调度多处理器调度；实时调度；第六周第四章 调度UNIX/Linux进程调度；中断处理。讲授法、演示法第五章 存储管理引言；分区法；分页技术讲授法、演示法第七周第五章存储管理分段技术；段页式技术；虚拟存储器；讲授法、演示法、实例分析第五章存储管理请求分页技术；页面置换算法；内存块的分配和抖动问题；讲授法、演示法、实例分析第八周第五章存储管理请求分段技术；11.Linux系统的存储管理。讲授法、演示法第六章文件系统概述；文件系统的功能和结构；多媒体演示、举例分析第九周第六章文件系统目录结构和目录查询；文件和目录操作多媒体演示、举例分析第六章文件系统文件系统的实现；管道文件；第十周第六章文件系统文件系统的可靠性。讲授法、演示法第七章 输入/输出管理 I/O管理的概述； 设备分配讲授法、多媒体演示、举例分析第十一周第七章输入/输出管理I/O软件层次；磁盘调度和管理讲授法、举例分析第八章用户接口服务 用户接口的发展；系统调用第十二周第八章用户接口服务命令行接口；图形用户界面讲授法、演示法、举例分析第九章嵌入式操作系统 嵌入式系统概述；嵌入式操作系统概述第十三周第九章 嵌入式操作系统实时内核及其实现举例分析第九章嵌入式操作系统实例简介第十四周第十章分布式操作系统分布式系统概述；分布式操作系统概述讲授法第十章分布式操作系统分布式系统的实现讲授法、演示法、举例分析第十五周第十章分布式操作系统4种多机系统的比较讲授法、演示法、举例分析第十章分布式操作系统云计算系统第十六周第十一章安全性与保护机制安全性概述；常见的安全性攻击讲授法、演示法、举例分析第十一章安全性与保护机制一般性安全机制；保护机制八、作业布置和作业批改 任课教师根据整合后的教学内容布置各种应用性较强的习题让学生以书面形式完成作业。（一）作业内容要求：作业的主要内容是任课教师给的补充题，为此专门制作了习题PPT，既方便学生通过移动存储设备拷贝，并在课后完成作业，又可以促使学生带着作业问题去学习，便于掌握知识的重难点。（二）作业形式与题量：课堂讲授完毕后将习题PPT每一章节内容布置为作业，以达到测试学生课堂学习情况和课后对所学知识的复习巩固和加以实际操作应用的目的。（三）作业批改设计：对于书面作业，可抽调适量的作业进行评阅，对发现的主要和倾象性的问题，由教师在课堂上进行集体评讲。九、学生成绩考核与评定（一）考核课堂出勤、课堂表现、教学参与、平时作业、综合实训、期末考试。（二）成绩评定（1）教学过程占30%：出勤情况及课堂表现、教学参与（课堂讨论、提问及实践环节参与情况）、平时作业（书面作业）。 （2）期末：试卷考试：统一命题、制卷，书面开卷考试，占30%。21