操作系统主干课程建设侯.doc

昌吉学院计算机工程系操作系统课程建设一、 课程介绍 操作系统是计算机工程系各专业必修的专业基础课之一，是一门涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程。操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。在计算机及其相关各个专业的课程设置上，本门课程起着承上启下的作用。其特点是概念多、抽象和涉及面广，而从整体实现上看，其思想和技术又往往难于理解。因此本课程的目的与任务是使学生理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握常用操作系统的使用和一般管理方法，了解它是如何组织和运作的，从而为学生以后的学习和工作打下基础。通过本课程的学习，使学生全面、系统地掌握计算机操作系统的基本概念、基本技术和基本方法；掌握计算机操作系统的组成和各部分的功能；了解计算机操作系统的发展特点、设计的基本原理和方法；对常用操作系统（DosWindowsUnix）会进行基本的操作使用。具备一定的系统软件开发技能。为以后从事的研究、开发工作（如设计、分析或改进各种系统软件和应用软件）提供必要的软件基础和基本技能，为进一步学习数据库系统、计算机网络、分布式系统等课程打下基础。二、教学大纲姓名侯端正职称副教授总学时72课程名称操作系统原理 使用教材 计算机操作系统教程（第二版），左万历 周长林，高等教育出版社参考教材计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 现代操作系统 A.S.Tanenbaum 著，陈向群等译 机械工业出版社 2002 年 操作系统基础 屠祁、屠立德 清华大学出版社 2000 年 操作系统 吴企渊 梁燕 清华大学出版社 2003 年 操作系统教程 陈向群、杨芙清 北京大学出版社 2001 年 Windows 操作系统原理 尤晋元、史美林 机械工业出版社 2001年 计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 操作系统教程 徐甲同 西安电子科技大学出版社 2000 年 教学目的和任务操作系统教程课程是计算机科学与技术专业的一门核心课程。属专业必修课的主干课程，起着承上启下的作用，为后续的毕业设计和工程实践提供一个良好的基础。教学目的：通过本课程的学习，使学生对操作系统有一个系统的、全面的理解，掌握计算机操作系统的概念、并发、进程互斥与同步、功能和管理；掌握存储管理、文件管理设备管理和操作系统设计思想；重点掌握并发条件下互斥与同步的实现方法。使学生有全面、系统、扎实的知识基础，为其他课程的学习和计算机网络技术的进一步开发应用打下一个好的基础。本课程的任务是：使学生对操作系统从整体上有一个较清晰的了解。对当前流行的计算机操作系统有较清晰的概念。提高学生的计算机应用和管理水平。掌握互斥和同步的实现方法。理解内存和外存的管理方法。了解设备的分配与调配方式和操作系统的设计法则。课时分配理论学时分配章次章 名学时第一章操作系统概述4第二章进程、线程与作业6第三章中断与处理机调度8第四章进程管理12第五章死锁饥饿8第六章存储器管理12第七章文件系统8第八章设备管理12实验学时分配1Windows2000的操作界面特点22Red hat linux入门简介23Linux系统用户接口和编程界面实验24观察Linux进程的异步并发执行25分析Linux进程调度程序2章 名第一章 操作系统概述授课时数4课时上课时间 周 次第1周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的学习本章操作的目的是使学生建立起 OS的基本概念。要求了解OS的引入和发展， 理解多道程序设计技术，掌握操作系统的功能和特征，了解 分层式结构和微内核结构。重点与难点重点：操作系统的概念难点：操作系统的分类及相关技术教学内容和方法1.1 操作系统概念1.2 操作系统的历史1.3 操作系统特性1.4 操作系统类型1.5 操作系统运行环境1.6 操作系统界面形式1.7 操作系统的运行机理教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：1-17页章 名第二章 进程、线程与作业授课时数6课时上课时间 周 次第2、3 周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年教学目的本章的 学习目的是使学生建立起进程、线程和作业的概念。进程是OS中最重要的基本概念，本章是全书中最重要的一章。要求 掌握进程的概念，进程的状态及其转换。 重点与难点重点：进程、线程、作业的定义及状态转换难点：概念教学内容和方法教学内容：2.1 多道程序设计2.2 进程的引入2.3 线程与轻进程2.4 作业（Job)教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：1936页章 名第三章 中断与处理机调度授课时数6课时上课时间 周 次第3、4周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的处理机调度的基本概念， 调度算法，实时调度，多处理机系统中的调度， 产生死锁的原因和必要条件， 预防死锁的方法，死锁的检测与解除。 知识点及要求： 本章的学习目的主要是使学生理解和掌握处理机调度和死锁的基本概念，要求 掌握进程调度 和常见的调度 算法，掌握死锁的概念和产生的必要条件，掌握死锁的预防和避免方法，了解 :银行家算法.，死锁重点与难点重点：处理机调度的时机与过程难点：调度算法教学内容和方法教学内容：3.1 中断与中断系统3.2 处理机调度3.3 调度级别与多级调度3.4 实时调度(real-time scheduling)教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：3863页章 名第四章 进程管理授课时数12课时上课时间 周 次第5、6、7 周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的理解进程的控制，进程的同步与互斥 , 经典进程的同步问题 , 管程机制，进程通信,。 知识点及要求： 本章的学习目的是使学生建立起资源共享与竞争的概念。进程间的相互竞争和对资源的共享才引进了互斥与同步。重点与难点重点：绝对制约与相对制约难点：互斥、同步、通讯的、特性和条件教学内容和方法教学内容：4.1 并发进程4.2 进程互斥(mutual exclusion)4.3 进程同步4.3.5 管程（Monitor）教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：64109页章 名第五章 死锁饥饿授课时数8课时上课时间 周 次第8、9周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的理解产生死锁的原因和必要条件， 预防死锁的方法，死锁的检测与解除。 知识点及要求： 本章的学习目的主要是使学生理解和掌握死锁的概念和产生的必要条件，掌握死锁的预防和避免方法，了解 :银行家算法.，死锁重点与难点重点：死锁产生的条件与预防难点：死锁的定义与处理教学内容和方法教学内容：5.1 死锁的概念5.2 死锁类型5.3 死锁的条件5.5 资源分配图5.6 死锁预防5.7 死锁避免5.8 死锁的检测5.9 死锁的恢复5.10 鸵鸟算法教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：111130页章 名第六章 存储器管理授课时数12课时上课时间 周 次第10-12 周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的存储管理的目的与功能 , 程序的装入和链接，连续分配存储管理方法,分页存储管理, 虚拟存储器的基本概念， 请求分页存储管理方式， 页面置换算法， 分段存储管理 , 段页式存储管理。 知识点及要求： 本章的目的是使学生了解各种存储器管理的方式和它们的实现方法。要求 掌握重定位、虚拟存贮器、动态链接和共享的概念以及实现方法；掌握分区、页式与请求页式、段式与虚拟段式的实现原理和地址变换。了解段页式存储管理技术，虚存中的置换算法。的检测及恢复。 重点与难点重点：存储器管理的思想难点：存储器管理与分配的常用方法及优缺点教学内容和方法教学内容：6.1 存储管理功能6.2 内存资源管理6.3 存储管理方式6.4 外存资源管理6.5 虚拟存储系统6.5.1 虚拟页式存储系统教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：132173页章 名第七章 文件系统授课时数8课时上课时间 周 次第13、14 周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材高传善 编著，数据通信与计算机网络北京 高等教育出版社 谢希仁 编著，计算机网络（第4版），电子工业出版社教学目的文件和文件系统 ,文件逻辑结构, 外存分配方法, 外存分配方法，目录管理,文件共享与保护，数据一致性控制。 知识点及要求： 本章的学习目的是使学生掌握文件系统的基本概念和实现过程。要求 掌握文件的逻辑结构、物理组织及对不同类型文件的存取方法，掌握 文件目录， 外存空间管理及 文件共享方式， 了解 文件系统的概念、文件的使用、文件系统的层次模型。 重点与难点重点：文件和文件系统的组织管理方式难点：逻辑、物理结构及实现方式教学内容和方法教学内容：7.1 文件与文件系统7.2 文件的访问方式7.3 文件的组织7.4 文件目录7.5 文件的共享7.6 文件的保护、保密与安全7.7 文件系统的实现教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：175200页章 名第八章 设备管理授课时数12课时上课时间 周 次第15-17 周教学方式 理论授课年级或班级B03 计算机应用参考教材计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年 计算机操作系统教程 ( 第二版 ) 张尧学、 史美林 清华大学出版社2000 年 教学目的I/O系统的组成,I/O控制方式,缓冲管理,设备分配,设备处理,SPOOLING技术, 磁盘存储器管理。 知识点及要求： 学习本章的目的是使学生了解操作系统处理用户 I/O请求的基本过程。要求 掌握通道、缓冲、设备独立性的概念，掌握 I/O控制方式及设备驱动程序 ，设备分配的数据结构及分配程序，掌握设备分配技术，设备管理程序功能，理解缓冲技术和Spooling系统及磁盘调度算法。重点与难点重点：设备管理的方式难点：设备管理的技术与实现方法教学内容和方法教学内容：8.1 设备及其分类8.2 设备的物理特性8.3 I/O 传输方式8.4 设备的分配与去配8.5 设备驱动8.6 设备调度8.7 缓冲技术8.8 输入输出进程8.9 RAID技术8.10 虚拟设备8.11 稳定存储器(stable storage)教学方法：在有条件的情况下，尽量利用多媒体手段进行讲授，将理论讲授和实验相结合、与实例相结合。 指定学生阅读资料 教材：202223页三、 教学计划教学进度计划表2004 -2005 学年第 2 学期课程名称：操作系统 总学时： 82 班级： 计算机 系 B03 班 专业： 计算机应用 (本科)教学时间教 学 内 容 摘 要 周学时学时分配（备注）计划执行检查记录周次起止日期（章节名称、讲述的内容提要，实验的名称，课堂讨论的题目等）讲课实习习题课堂讨论18.22-8.26第一章操作系统概述44执行情况与处理意见28.29-9.2第二章进程、线程与作业（多道程序设计、进程的引入、线程与轻进程、作业）4439.5-9.9第三章：中断与处理机调度（中断与中断系统、处理机调度、多级调度）64249.12-9.163.4实时调度过 3.5多处理机调度 讨论：操作系统中的硬件和OS的关系如何？4459.23-9.274.1并发进程 4.2进程互斥4469.29-10.24.3进程同步642710.3-10.7国庆放假810.10-10.144.4进程高级通讯 4.5系统举例44910.17-10.215.1死锁的概念 5.2死锁的类型 5.3死锁的条件 5.4死锁的处理6421010.24-10.285.5资源分配图 5.6死锁的预防 5.7死锁的避免 5.8死锁的发现441110.31-11.46.1存储管理的功能 6.2内存资源管理44教学进度计划表教学时间教 学 内 容 摘 要 周学时学时分配（备注） 计划执行检查记录周次起止日期（章节名称、讲述的内容提要，实验的名称，课堂讨论的题目等）讲课实习习题课堂讨论1211.7-11.116.3内存管理方式6421311.14-11.186.4外存管理技术 6.5虚拟存储系统441411.21-11.257.1文件与文件系统 7.2文件的访问方式 7.3文件的组织 7.4文件目录441511.28-12.27.5文件的共享 7.6文件的保护、保密与安全 7.7文件系统的实现6421612.5-12.98.1设备的分类 8.2设备的物理特性 8.3 I/O传输方式441712.12-12.168.4设备的分配与去配 8.5设备驱动 8.6设备调度441812.19-12.238.7缓冲技术 8.8 I/O进程 8.9 RAID技术 441912.26-12.308.10虚拟设备 复习442122主讲教师签名: 侯端正 教研室主任签名: 主管教学系(院)主任签名: . 年 月 日 年 月 日 年 月 日四、昌吉学院实验课程教学大纲计算机工程系 计算机教学实习中心实验室撰写人：马志欣课程名称操作系统教程英文名称Operating system课程总学时82实验总学时10开设实验项目数本大纲属1.统编2.自编3.借用实验教材或指导书1.统编2.自编实验者类型1.本科 2.专科 3 .其它课程类型1.独立课程 2.非独立课程实验成绩占课程成绩比例10%考核方式、 方法与评分标准实验作业的完成量及熟练程度，理解命令的度，程序的调试过程，运行结果和完善度等方面加以综合考虑采用的教材、参考书计算机操作系统实验教程 周长林 左万历 高等教育出版社 2002 年面向专业计算机科学与技术实验课的目的和任务通过实验，理解操作系统的工作原理，掌握操作系统的管理功能，用户界面，用户接口，消化理论知识，能熟练运行相关命令，调试程序，理解各操作系统的特点，为其它课程打下良好的基础实验课的基本要求与能力要求所需设备及主要软件配置（图可附表后）1、 windows2、 C语言3、 红帽子4、 网络5、 FTP本实验的其它说明实验项目与内容提要项目序号项 目名 称项目目的要求内容提要项目类型承担实验室每组人数主要工具设备操作要点项目学时11Windows2000的操作界面特点了解win2000操作系统基本操作1 文件管理2 任务管理3 命令4 网络操作05机房338命令环境212Red hat linux入门简介字符界面、窗口系统的常用命令。1熟悉开机后登录Linux系统和退出系统的过程；2 Linux操作命令，如ls、cat、ps、df、find、grep、cd、more、cp、rm、kill、at、vi、cc、man、help、control+d/c、等； 操作05机房38命令环境233Linux系统用户接口和编程界面实验熟悉运用Linux常用的编程工具。掌握在Linux操作系统环境上编辑、编译、调试、运行一个C语言程序的全过程。在线求助系统，如man和help命令等。编辑器，特别是字符界面的vi工具的使用。编辑 “Hello,I am a C program” C程序，编译并运行它，记下整个过程。熟悉gcc、gdb等编译器、调试器的使用编程05机房38编程环境244观察Linux进程的异步并发执行加深对进程概念的理解；掌握进程并发执行；了解fork( ) 用fork( )创建两个子进程，使父、子三进程并发执行编程05机房38编程环境255分析Linux进程调度程序Linux源代码的分布；了解阅读Linux源代码的一般方法；熟悉/usr/src/linux（注意：这里最后一级目录名可能是个含具体内核版本号和“linux”字符串的名字）下各子目录的内容，即所含Linux源代码的情况。编程05机房38编程环境2五、 计算机系操作系统课程教案教案1课题：第一章 操作系统概述 1.1操作系统的的概念 1.2 历史 1.3操作系统的特征教学目的：掌握操作系统的定义，操作系统的特征和主要性能。教学重点、难点： 深入理解、牢固掌握操作系统的概念、功能 操作系统的概念、功能。教学方法：板书、讲解并存教学过程一、回顾与引入一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。硬件是指计算机物理装置本身，如处理器、内存及各种设备等；而软件是相对硬件而言，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则以及相关的文档资料的总称，如Windows98、Windows2000、WindowsNT、UNIX以及WORD等。简单地说，软件是计算机执行的程序。二、新授内容1.1 操作系统的形成与发展计算机系统是由硬件和软件两部分构成的. 软件又分成系统软件与应用软件两类, 操作系统是一个最基本也是最重要的系统软件在所有软件中，操作系统占有特殊的重要地位，它是配置在计算机硬件之上的一层软件。它控制硬件的工作，管理计算机系统的各种资源，并为系统中各个程序的运行提供服务。1.1.1 什么是操作系统L 板书:操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。理解操作系统的定义需注意以下几点：a) 操作系统是软件，而且是系统软件，也就是说，它由一套程序组成。如：UNIX系统就是一个很大的程序，它由上千个模块组成。b) 它的基本职能是控制管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行。c) 它提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。如：用户使用其提供的命令完成对文件、输入/输入、程序运行等许多方面的控制、管理工作等。1.1.2 操作系统的作用 1. 管理系统中的各种资源 2. 为用户提供良好的界面1.1.3 操作系统的定义 定义：操作系统是位于硬件层之上,所有其它软件层之下的一个系统软件, 是管理系统中各种软件和硬件资源使其得以充分利用, 方便用户使用计算机系统的程序集合.1.1. 2 操作系统的主要功能1存储器管理功能L 板书主要包括：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。内存分配，其主要任务是为每道程序分配一定的内存空间。为此，操作系统必须记录整个内存的使用情况，处理用户提出的申请，按照某种策略实施分配，接收系统或用户释放的内存空间。地址映射：在多道程序环境中，用户程序中涉及的相对地址与装入内存后实际占用的物理地址不一样。CPU执行用户程序时，要从内存中取出指令或数据，为此就必须把所用的相对地址（或称逻辑地址）转换成内存的物理地址。这就是操作系统的地址映射功能。（也即地址换算、指向功能）内存保护：不同用户的程序都放在一个内存中，但必须保证它们在各自的内存空间中活动，不能相互干扰，更不能侵犯操作系统的空间。为此，需建立内存保护机制，即设置两个界限寄存器，分别存放正在执行的程序在内存中的上界地址值和下界地址值。当程序运行时，要对所产生的访问内存的地址进行合法性检查，就是说该地址必须大于或等于下界寄存器的值，并且小于上界寄存器的值。否则，属于地址越界，将发生中断并进行相应处理。内存扩充， “虚拟存储技术”。2处理机管理功能L 板书其功能包括：作业和进程调度，进程控制和进程通信。3设备管理功能L 板书主要包括：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。4 文件管理功能L 板书其功能包括：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。5、用户接口L 板书现代操作系统，通常向用户提供三种类型的界面。1.1.3 操作系统的地位硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件功能的扩充。没有硬件，就失去了计算机系统的物理基础，软件也就无法存在了。反之，若只有硬件而没有软件，则硬件就像一堆废物。通常将软件分为三类：应用软件、支撑软件和系统软件。1. 1.4 操作系统的发展历程1.手工操作阶段L 板书从第一台计算机诞生起到50年代末，计算机没有操作系统，是为第一代。其特点是需要人工干预，其缺点是浪费资源、使用不便。2. 早期批处理阶段 L 板书早期的批处理分为联机处理和脱机批处理两种类型（1）早期联机批处理（2） 早期脱机批处理3. 多道批处理系统 L 板书多道程序设计的基本思想是：在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行，这些作业共享CPU和系统中的其他资源。4. 操作系统的发展 L 板书多道批处理系统缺少人机交互能力，因此用户使用不便。为解决这一问题人们开发出分时系统 。1.2 操作系统的特征和体系结构1.2.1 操作系统的特征操作系统作为一类系统软件有其基本特征：并存、共享和异常性。1.并发2.共享3.异步性三、小结：掌握OS的定义，OS的发展历史四、作业、思考题、讨论题、阅读材料教材P34 自测题 1，6，7，8，9，10。五、课后记（包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会）教案2课题：1.4 OS分类 1.5操作系统硬件环境 1.6操作系统界面形式教学目的：掌握操作系统的各种分类及特点。教学重点、难点： 教学重点深入理解、牢固掌握操作系统的主要类型；与其它软件相比，操作系统有什么基本特征等。教学难点进行基本操作系统之间的比较，操作系统结构设计的特点。教学方法：板书、讲解并存教学过程： 一、通过上节内容我们了解了OS的基本概念，OS的历史和OS的一些基本特性，这节我们将探讨一下OS的分类及OS的硬件环境二、教学内容（包括章/节题目和内容）1.3 操作系统的类型和主要产品根据操作系统的功能、使用环境、配置规模等，一般可分为以下几种类型：多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络操作系统和分布式操作系统。1. 3.1 多道批处理系统在这种系统中，把用户的计算任务按“作业”（JOB）进行管理。所谓作业（本课程最重要的概念之一），是用户定义的，由计算机完成的工作单位。它通常包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。其主要优点：1. 系统资源利用率高；2. 系统吞吐量大。也存在明显的缺点：1. 用户作业的等待时间长; 2.没有交互能力，用户无法干预作业运行。1.3.2 分时系统1.分时概念和分时系统的实现方法。所谓分时，就是对时间的共享。共享的时间单位称为时间片。它往往是很短的，如几十毫秒，因不同系统针对不同档次的机型而有所不同。2.分时系统的特征和优点 (1)同时性：若干用户同时上机使用计算机系统;(2)交互性：用户能方便地与系统进行人机对话;(3)独立性：系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏;(4)及时性：用户能在很短时间内得到系统的响应。优点：(1)为用户提供了友好的接口;(2)促进了计算机普遍使用，为多个终端服务；(3)便于资源共享和交换信息。1 .3 .3 实时系统1.实时系统的引入在计算机的某些应用领域内，要求对实时采样数据进行及时（立即）处理并做出相应的反映，如果超出限定的时间就可能丢失信息或影响到下一批信息的处理。这种信息是专用的，它对实时响应的要求是批处理系统和分时系统无法满足的，于是人们引入实时系统，例如卫星发射，民航定票系统等。2.实时系统与分时系统的区别主要是：第一，分时系统具有较强的交互作用；而实时系统的交互能力较差。第二，分时系统对响应时间是以人们能接受的等待时间为依据；而实时系统对响应时间一般有严格的要求。第三，虽然分时系统要求系统可靠，但实时系统要求更高。1.3.4个人机系统1. 单用户操作系统2.多用户操作系统最主要的是UNIX系统以及各种类UNIX系统。多用户系统除了具有界面友好，管理方便和适于普及等特征外，还具有多用户使用，可移植性良好，功能强大，通信能力强等优点。1.3.5 网络操作系统为了实现异地计算机之间的通信和资源共享，可以将分布在各处的计算机和终端设备通过数据通信系统联结在一起，构成一个系统，这就是计算机网络。计算机网络的两大支柱计算机技术和通信技术。计算机网络具有如下特征：1.分布性：网上的结点机可以位于不同地点，各自执行自己的任务；2.自治性：网上的每台计算机都有自己的内存、I/O设备和操作系统，能够独立地完成自己的任务；3.互连性：利用互连网络把不同地点的资源在物理上和逻辑上连接在一起；4.可见性：计算机网络中的资源对用户是可见的。1.3.6 分布式操作系统分布式系统有效地解决了地域分布很广的若干计算机系统间的资源共享/并行工作、信息传输和数据保护等问题。其特征如下：1.分布式处理：就是资源、功能、任务及控制等都是分散在各个处理单元上的。实际上，用户并不知道自己的程序是在哪台机器上运行，也不知道他们的文件是存放在什么地方；2.模块化结构：是一组物理上分散的计算机站；3.利用信息通信：利用共享的通信系统来传递信息；4.实施整体控制：整个分布式系统有一个高层操作系统对各个分布的资源进行统一的整体控制。所以，在用户看来，分布式系统就如同传统的单CPU系统，而实际上它由众多处理器组成，每一个处理机上都运行该操作系统的一个拷贝。分布式操作系统所涉及的问题远远多于以往的操作系统，归纳起来具有以下特点：1.透明性：使用户觉得此系统就是老式的单CPU分时系统；2.灵活性：可根据用户需求，方便地对系统进行修改或扩充；3.可靠性：若系统中某个机器不能工作，那么有另外的机器代替它；4.高性能：执行速度快，响应及时，资源利用率高；5.可扩充性：可根据使用环境的需要，方便地扩充或缩减规模；1. 3. 7操作系统的主要产品系列主要的流行操作系统有：1DOS2MS WINDOWS3OS/24.UNIX三、 本章小结它管理处理机、内存、I/O设备和文件，提供用户接口。主要有两个目的：第一，为程序开发和执行提供一个方便的环境；第二，为保证计算机系统顺利执行，操作系统对各个计算机活动进行调度。操作系统的形成和发展是与计算机硬件发展密切相关的。操作系统这类系统软件有自己的基本特征，这就是：并发、共享和异步性。四、作业、思考题、讨论题、阅读材料教材P34 7，8，9，10。五、课后记（包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会）教案3课题：第二章 进程、线程与作业 2.1多道程序设计 2.2 进程的引入教学目的：了解多道程序设计的特点，进程的的概念教学重点、难点：进程的概念、作用深入理解教学方法：板书、讲解并存教学过程一、回顾与引入多道程序的特点，缺点，并发引入资源分配单位进程二、教学内容（包括章/节题目和内容）2.1 多道程序设计多道程序设计(multi-programming)是操作系统所采用的最基本、最重要的技术，其根本目标是提高整个系统的效率. 衡量系统效率有一个尺度，这就是吞吐量，系统的吞吐量定义为单位时间内系统所处理的作业(程序)的道数(数量) 2.1.1 单道程序设计的缺点所谓单道程序设计就是一次只允许一个程序进入系统的程序设计方法. 当然，单道程序设计是简单的，但它有一个严重的缺点：资源利用率极低，具体表现在如下几个方面：1. 设备资源利用率低2 内存资源利用率低3 处理机资源利用率低如图2-1所示，在t2时刻处理机启动了设备，在t5时刻设备发出完成中断原则上说，在时刻t2t5期间内，处理机可以做任何有意义的计算工作，但是做什么呢？假设在时刻t5t6期间内处理机所完成的工作可以提前，即它不需要等待I/O传输完成，则可以将其安排在t2t5期间内做，这样可以提高处理机的利用率. 但是假若在时刻t5t6期间内处理机所进行的工作需要等待I/O传输的结果，则它无法提前，也就是说在t2t5期间内处理机将无事可做！应当指出，如果I/O传输的速度很快，时刻t2-t5期间的间隔很短，即t5-t2t2-t1,处理机与外部设备的速度不相匹配，由此而造成的处理机资源的浪费是惊人的.2.1.2 多道程序设计的提出1. 设备资源利用率提高2. 内存资源利用率提高3. 处理机资源利用率提高例如在图2-1所示的例子中，增加一道程序B，该程序便可利用空闲的处理机时间，如图2-2所示. 在时刻t2，程序A放弃处理机，但程序B暂不具备运行条件，在时刻t3，程序B获得CPU并运行. 在时刻t4，程序B启动I/O设备2，然后等待I/O 传输完成. 比较图2-1与图2-2不难发现：在单道系统中，处理机在t2t5期间内完全被闲置，而在两道系统中，处理机在t2t5期间内有一段时间，即时刻t3t4期间，得到利用. 也就是说，与单道程序相比，两道程序提高了处理机资源的利用率.2.1.3 多道程序设计的问题1 处理机资源管理问题2. 内存资源管理问题3. 设备资源管理问题2.2 进程的引入2.2.1 进程的概念 关于什么是进程目前尚无统一的定义. 确切地说, 关于进程有许多解释, 这些解释并不是完全等价的, 如: (1) 进程是程序的一次执行; (2) 进程是可参与并发执行的程序; (3) 进程是一个程序与数据一道通过处理机的执行所发生的活动; (4) 所谓进程, 就是一个程序在给定的空间和初始环境下, 在一个处理机上的执行过程.1978年在庐山召开的国内操作系统研讨会上给出进程定义如下：定义：“进程是具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动”.2.2.2 进程状态及状态转换 进程的状态 进程在其生存期内可能处于如下三种基本状态之一: (1) 运行态(Run): 进程占有处理机资源, 正在运行. (2) 就绪态(Ready): 进程本身具备运行条件, 但由于处理机的个数少于可运行进程的个数, 暂未投入运行. (3) 等待态(Wait): 也称挂起态(Suspended)、封锁态(Blocked)、睡眠态(Sleep). 状态间转换进程的三个基本状态之间是可以相互转换的. 进程间基本状态转换关系如图2-3所示. .三、小结 进程是资源分配单位，是执行实体，而程序是任务实体；进程三种状态及转换条件，这是考试的重点也是了解的难点所在。四、作业、思考题、讨论题、阅读材料进程和程序的区别与联系进程有几种状态，各状态之间转换的条件五、课后记（包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会）教案4课题： 2.2 进程的引入教学目的：了解进程的PCB、特点、队列和进程的创建与消亡教学重点、难点：PCB，进程的生命周期教学方法：板书、讲解并存教学过程一、回顾与引入进程的各种状态及引入，引出进程队列及生命周期二、教学内容（包括章/节题目和内容）2.2.3 进程控制块(Process Control Block，PCB)定义：进程控制块标志进程存在的数据结构，其中包含系统对进程管理需要的全部信息图2-4中列出了一般操作系统中PCB所应包含的项目.2.2.4 进程的组成与上下文 进程由两部分组成，即进程控制块PCB和程序，其中程序包括代码和数据等.1. 1. 进程控制块进程控制块是进程的“灵魂”，由于进程控制块中包含程序的地址信息，通过它可以找到程序在内存或外存的存放地址，也就找到了整个进程. PCB存于系统空间，只有操作系统能够对其存取，用户程序不能访问. 实际上用户甚至感觉不到PCB的存在.2. 2. 程序程序是进程的“躯体”，其中包括代码和数据两个部分. 进程有两种表记方法，如图2-5(a)和(b)所示，该图表明了进程的组成.图(a)将代码和数据看作一个整体图(b)则强调了代码部分的可共享性. 定义：系统开销(system overhead)一般指运行操作系统程序，对系统进行管理而花费的时间和空间2.2.5 进程的队列 为实现对进程的管理，系统需要按照某种策略将进程排成若干队列，由于PCB是进程的代表，因而进程队列实际上是由进程PCB构成的队列. 因为该队列通常由链的形式实现的，所以也称PCB链，该链可以是单向的，也可以是双向的，依使用方法而定. 图2-6给出了单向链的例子.系统中的进程队列分为如下三类：1 1就绪队列2 2等待队列3. 3. 运行队列 .2.2.6 进程的类型和特性从操作系统角度看，可将进程分为系统进程和用户进程两大类别.1. 1. 系统进程这类进程属于操作系统的一部分，它们运行操作系统程序，完成操作系统的某些功能，也被称作守护(daemon)进程. 2. 2. 用户进程 这类进程运行用户程序，直接为用户服务. 无论是系统进程还是用户进程，都具有如下特性：（1）并发性：可以与其它进程一道在宏观上同时向前推进.（2）动态性：进程是执行中的程序. 此外进程的动态性还体现在如下两个方面：首先，进程是动态产生、动态消亡的；其次，在进程的生存期内，其状态处于经常性的动态变化之中.（3）独立性：进程是调度的基本单位，它可以获得处理机并参与并发执行.（4）交往性：进程在运行过程中可能会与其它进程发生直接或间接的相互作用.（5）异步性：每个进程都以其相对独立、不可预知的速度向前推进.（6）结构性：每个进程有一个控制块PCB.2.2.7 进程间相互联系与相互作用（1）相关进程：在逻辑上具有某种联系的进程称作相关进程. （2）无关进程：在逻辑上没有任何联系的进程称作无关进程.进程间相互作用的方式有两种：（1）直接相互作用：进程之间不需要通过中间媒介而发生的相互作用，这种相互作用通常是有意识的.（2）间接相互作用：进程之间需要通过某种中间媒介而发生的相互作用，这种相互作用通常是无意识的.2.2.8 进程的创建与撤销1进程创建:pid = fork()创建子进程所要完成的主要工作如下：(1)建立一个PCB，并对其内容进行初始化；(2)为该进程分配必要的存储空间，并加载所要执行的程序(在UNIX系统中需要通过另外一个系统调用execl实现)；(3)将PCB送入就绪队列.2. 2. 进程结束:exit(status) 体现生灭过程的进程状态转换图如图2-7所示. 2.2.9 进程与程序的联系和差别1. 1. 进程与程序的联系程序是构成进程的组成部分之一，一个进程存在的目的就是执行其所对应的程序，如果没有程序，进程就失去了其存在的意义.2. 2. 进程与程序的差别3. （1）程序是静态的，而进程是动态的； （2）程序可以写在纸上或在某一存储介质上长期保存，而进程具有生存期，创建后存在，撤销后消亡； (3)一个程序可以对应多个进程，但一个进程只能对应一个程序；三、小结 通过本节的学习，我们了解了进程的存在的标志PCB，理解了进程的特性的队列的的概念，掌握原语在进程各阶段的作用四、作业、思考题、讨论题、阅读材料什么是原语，为什么引入它？PCB的内容有哪些？五、课后记（包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会）教案5课题：2.3线程与轻权进程，2.4作业教学目的：掌握线程的定义，理解作业的概念和各状态之间的转换教学重点、难点： 作业与线程的定义教学方法：板书、讲解并存教学过程一、回顾与引入进程是资源分