四川大学软件学院本科操作系统课程教学大纲_v15.doc

四川大学软件学院操作系统（本科）教学大纲课程号311006040课程名称操作系统课程属性专业必修 专业选修是否双语教学是 否学分4总学时64 讲授48上机16周学时32开课学年1秋 1春 2秋 2春 3秋 3春 4秋 4春课程组教师赵奎 梁刚 胡晓勤负责人赵奎适用范围软件工程、计算机科学、计算机应用本科二年级学生。课程描述操作系统原理作为软件专业的一门核心专业课，涵盖了操作系统与系统编程的基础，揭开了计算机系统中最核心、最底层软件的神秘面纱。本课程详细的讨论了操作系统的基本概念、基本原理、基本算法与实现过程，包括进程、进程间通信、信号量、管程、消息传递、调度、输入/输入设备、存贮管理与文件保护等内容。在给具体讲解过程中，本课程设计了四个课程设计，加深学生对讲述内容的理解。同时通过本课程的学习，培养学生理论联系实际的能力，提高学生的分析问题能力和解决问题的能力，为学生今后从事各种实际工作，如设计、分析和改进各种系统软件和应用软件提供必要的软件基础，能够得心应手地应用计算机系统，更好地完成各种计算机应用任务。先行课程C/C+程序设计计算机体系架构数据结构及算法选用教材操作系统精髓与设计原理 (第五版 影印版) ，William Stalling，电子工业出版社，2007. 课程资源课程主页：/zhaokui答疑邮箱： 参考资料：1. 计算机操作系统教程汤子赢等著,西安电子科技大学出版社, 2004,第三版.2. 操作系统：设计与实现（上册），Andrew S.Tanenbaum,电子工业出版社，1998，第二版.3. 操作系统，Harvey M.Deitel,清华大学出版社，2007，第三版.4. Operating System Concepts，James L.Peterson，Addison-Wesley Publishing Company，2001 年第六版.5. Operating Systems Concepts, Abraham Silberschatz, Peter Galvin, and Greg Gagne, John Wiley and Sons, Higher Education Press, 2002，第六版.6. 操作系统习题与解析，曾平，清华大学出版社，2001，第1版7. W/os/os5e.html8. Comp.os.research9. comp.os.misc10. ernals11. comp.os.linux.development.system12. /OcwWeb/index.jsp课程考核考核类型考试 考查（课程考核内容、方式、基本原则等）掌握操作系统基本的基本原理和理论，对现代主流操作系统比较熟悉和了解，能够用本课程的原理和理论在实践中解决具体问题。基本理论和原理通过闭卷考试进行考核，实践能力通过课程实践和报告的方式进行考查。成绩评定(百分比)平时： 30% 期末考试：50% 课程实验（设计）:20% 教学内容(48学时)1. 计算机系统概述 (1 学时) .计算机体系结构概述； 计算机系统操作流程； 中断； 存储器的体系架构； I/O通信技术；2. 操作系统概述 (3 学时) 操作系统的发展过程； 操作系统的概念、引入操作系统的目的以及操作系统的功能； 介绍操作系统的类型，包括多道系统、实时系统、批处理系统、分时系统、分布式系统与网络操作系统； 现代通用操作系统体系结构概述；3. 进程描述与控制 ( 5 学时) 进程的概念，进程状态与进程控制块； 进程操作与进程状态的转化；; 进程控制;4. 线程、对称多处理和微内核( 5 学时 ) 线程的定义、线程的创建与控制、用户线程与内核线程； 对称多处理的概念及其控制机制； 微内核的定义及引入目的;5. 并发 ( 9 学时 ) 并发的概念与并实现原理； 与互斥访问相关的硬件机制 介绍信号量、管程与消息三种支持并发的软件机制； 介绍并发中的两个问题：死锁与饥饿及解决这两种问题的算法；6. 存贮管理 ( 9 学时 ) 存贮组织与管理； 分页、分段与地址映射； 虚拟存贮的概念级引入目的； 虚拟存贮管理以及置换算法；7. 调度 ( 9 学时 ) 调度的基本概念； 调度算法； 多处理器调度； 实时调度；8. 输入/输出设备 ( 4 学时 ) 输入/输出设备设计的概念及设备的分类； 设备管理的任务及功能； 设备管理涉及的数据结构； 虚拟设备技术；9. 文件管理 (3 学时 ) 文件的概念、访问方式、目录结构、文件共享与保护； 文件系统的结构与实现，目录的实现、文件分配方法与空闲空间管理；课程项目(16学时)软件工具和环境Windows XP, Redhat linux 9.0, Vmware 虚拟机gcc, g+项目题目项目1：在Nachos上开发一个shell要求: 设计并实现具有下面属性的基于命令行的Shell:1. 实现的Shell支持cd, dir, clr, environ, echo, help, pause and quit命令；2. 上述命令之外的其他命令通过系统调用fork和exec创建子进程实现；3. 实现的Shell可以从文件中提取命令输入行；4. 实现的Shell支持输入/输出重定向；5. 实现的Shell支持后台运行程序；6. 实现的Shell的提示符应当包含当前路径名；项目 2: ：Nachos的线程管理模块升级要求:本项目希望通过修改Nachos系统平台的底层源代码来实现以下目标：1. 扩充线程数据结构。增加“用户ID、线程ID”两个数据成员，同时在Nachos现有的线程管理机制中增加对这两个数据成员的维护机制。2. 扩展现有的线程状态。Nachos平台中的线程状态只有“初启态”、“就绪态”、“阻塞态”、“运行态”四种情况。请增加“挂起（suspending）”这个状态，所谓“挂起”是指当前的线程映象保存在磁盘文件而不是内存中。“挂起”状态是未来实现“虚拟内存管理”的重要基础。3. 修改线程调度算法。将Nachos平台的线程管理机制调整为“抢占式”。具体可选择“时间片轮转”、“优先级调度”、“多级队列”等不同的调度算法。4. 增加全局性的线程管理机制。扩充Nachos平台的现有操作命令，例如可以增加一个名为“ThreadView”的命令，执行该命令，可以在屏幕上显示目前所有存在的线程信息，包括“用户ID“、“线程ID”、“当前状态”等。5. 实现一个同步与互斥的例子。在完成以上修改后，可编写一个实例程序，来实现某个“同步互斥”经典问题的正确解法。例如可选择“哲学家就餐”问题，实例程序会创建5个哲学家线程，这些线程拥有同样的用户ID，可以遵循“信号量”机制来正确的运行。也可以选择“生产者消费者”问题、“睡眠理发师问题”等其他经典IPC问题。项目 3: Nachos的文件管理模块升级要求:本项目希望通过修改Nachos系统平台的底层源代码来实现以下目标：1. 实现较长文件名，增加下述文件描述信息：“文件类型”、“文件创建时间”、“文件上次访问时间”、“文件路径”等。2. 实现文件大小根据内容动态分配。在Nachos中，创建文件时按指定的大小为其分配了空间，以后只能在此空间对文件内容进行修改，请对Nachos中的文件创建和写文件进行修改，使其符合实践要求。3. 修改文件索引方式，实现文件长度无限。Nachos中采用的是直接索引，且索引项有限，造成了最大文件长度有限。在UNIX中，采用的是混合索引方式，索引的13个地址项，0-9采用直接索引，10采用一级索引（即一次间接地址），11采用二级索引，12采用三级索引，使文件长度达到4TB，几乎可以说是无限，可参考此种方式。4. 修改目录结构，实现多级目录，目录中的文件个数没有限制的目标。5. 实现文件系统的同步操作。目录文件、位图文件皆属临界资源，不允许多个进程同时访问，当前系统并未施加同步控制，修改此缺陷。项目4: Nachos的内存管理模块升级要求：本实习项目希望通过修改Nachos系统平台的底层源代码来实现以下目标：1. 增加数据结构，描述内存与进程的对应关系。即在内存描述中添加进程ID，使得可以方便了解内存的分配，为评测内存管理的性能提供便利。2.