《操作系统》课程教学大纲

1、操作系统课程教学大纲一、课程基本信息课程名称（中文）操作系统课程名称（英文）Operating System课程类别1：学科基础课课程性质2必修授课语言3中文授课学期第5学期学分4课程学时及分配总学时讲课实验课外644816适用专业计算机科学与技术教材计算机操作系统（第四版）汤小丹等主编，西安电子科技大学出版，2014.5授课学院计算机与软件学院先修课程计算机组成原理、微机原理、数据结构、高级语言程序设计后续课程数据库系统原理、计算机网络课程简介课程基本定位：操作系统课程是计算机科学与技术专业以及其它计算机相关专业的一门专业主干课程和必修课。该课程主要介绍操作系统的基本概念、基本原理、操作系统

2、各组成部分涉及到的经典问题与算法。要求学生掌握操作系统组成、实现原理、核心算法等，且对操作系统的性能有一定的分析能力；针对典型的计算机系统问题，能够选择合适的算法解决问题。在课程设置方面，操作系统起着承上启下的作用，对计算机专业学科能力的培养具有重要意义。核心学习结果：通过本课程的学习，使得学生了解操作系统及其相关的计算机基础科学知识，掌握构建操作系统的基本思想和原理、实现机制、基本算法等。此外，与操作系统实践课程互相配合，理论联系实际，进一步巩固所学的相关理论知识，增强对操作系统原理的理解，并培养学生良好的系统设计与实现能力。为毕业五年后的学生能够从事程序开发、系统维护、项目管理等工作打下良

3、好的理论基础，从而能够成长为计算机工程应用型人才。主要教学方法：案例、生活启发式授课、线上线下汇合授课、教材立体化、教学内容系统化和具体化、实验活动激励制度、专题研讨等教学方法相结合。大纲更新时间2020.8.13注：1.课程类别：选填“通识核心课/通识拓展课/通修课/学科基础课/专业主干课/专业选修课/专业实践/素质拓展”2.课程性质：选填“选修/必修”3.授课语言：选填“中文/双语/全英文或其他语种”二、课程目标序号课程目标（参考培养目标、毕业要求、课程定位）支撑毕业要求指标点1达成途径课程目标1掌握操作系统的基本概念和基本理论等核心知识与相关算法，培养学生解决计算机领域复杂工程问题所学要

4、的专业基础知识，为本专业后续课程的学习打下良好的理论基础。指标点3.3：在掌握软硬件资源管理基本算法基础上，理解各类资源系统的概念、原理及其在计算机领域的主要体现。1.课程理论授课2.学习通课前测验3.期中考试4.期末考试课程目标2掌握操作系统内部构成的基本原理和操作系统管理计算机软硬件的基本原理，能够运用操作系统基本知识，分析和研究操作系统部分功能模块的实现原理及技术，培养学生运用计算思维、工程问题建模，分析和解决问题的能力。指标点1.4：系统掌握计算机基础理论及专业知识，包括计算机硬件、软件及系统等方面内容，具备理解计算机复杂工程问题的能力，能够运用所学知识进行计算机问题求解。1.课堂理论

5、授课2.课后作业3.期中考试4.期末考试课程目标3运用操作系统基本知识，培养学生通过理论分析手段解决计算机领域复杂工程问题，分析判断影响系统性能的核心因素及相应的解决方案。指标点1.4：系统掌握计算机基础理论及专业知识，包括计算机硬件、软件及系统等方面内容，具备理解计算机复杂工程问题的能力，能够运用所学知识进行计算机问题求解。1.课堂理论授课2.课后作业3.期末考试课程目标4能够综合运用操作系统课程的基本理论和设计方法，设计实现一个简单的单内核操作系统。能够对计算机领域复杂工程问题研究和设计可行的解决方案，并能对解决方案进行分析和论证。指标点4.2：具有计算机软硬件及系统相关的工程基础能力，能

6、够针对计算机领域相关问题进行实验验证与实现，能够利用理论分析手段对实验数据进行解释与对比分析，给出实验结论。1.课堂理论授课2.实验课实操注：1.支撑毕业要求指标点：选填项。需要进行专业认证，有毕业要求指标点可参照的课程必填，无明确毕业要求指标点可参照的可不填。三、理论教学内容章标题教学内容学时思政融入点1学生学习预期成果2教学方式3课程目标第一章操作系统引论（3.3课时）1.操作系统的目标和作用0.3引入国内外为计算机软硬件发展做出贡献的科学家及相关事迹，激发学生的科研热情和爱国情怀。1.了解OS的作用、目标和发展历程；2.掌握批处理OS，单道和多道的区别；3.掌握OS的特性；4.了解OS的

7、结构设计；5.激发学生的爱国情怀。讲授12.操作系统的发展过程0.8讲授+研讨13.操作系统的基本特性0.5讲授14.操作系统的主要功能0.5讲授15. OS结构设计1.0讲授1课后习题0.2讲授+研讨1第二章进程的描述和控制（9.5课时）1.前驱图和程序执行1.0讲授经典的同步问题时，引导学生寻找生活中的同步问题，并采用所学方法去解决，帮助学生理解进程同步基本理论的同时，激发学生创新的科研精神。1.理解为什么引入进程和线程；2.掌握进程的三态、五态和七态转换图；3.掌握挂起的原因及其在进程状态转换中所起的作用；4.掌握进程的结构；5.掌握临界资源和临界区；6.掌握信号量和管程如何解决进程同步

8、问题；7.理解进程和线程的关系。讲授12.进程的描述1.5讲授13.进程控制1.5讲授14.进程同步2.0讲授25.经典进程的同步问题1.5案例+演示26.进程通信1.0讲授27.线程的基本概念0.5讲授+研讨18.线程的实现0.5案例+演示1课后习题0.5讲授+研讨1、2第3章处理器调度与死锁（9.5课时）1.调度层次和调度算法1.0本章的调度模型和第二章的进程状态转换密不可分，引导学生将“三级调度模型”和“进程的七态转换图”相结合，培养学生学会将“点阵知识”系统化的能力。1.理解三级调度，能够和第2章的七态转换进行融合；2.掌握作业调度算法和进程调度算法；3.理解死锁的四个必要条件；4.理

9、解处理死锁方法，能够区分避免死锁和预防死锁；5.掌握避免死锁的算法银行家算法；6.了解死锁检测和接触。讲授12.作业和作业调度2.0案例+演示23.进程调度2.0案例+演示24.实时调度0.2讲授15.死锁概述0.8讲授16.预防死锁1.0讲授27.避免死锁1.0案例+演示28.死锁的检测与解除1.0讲授+研讨2课后习题0.5讲授+研讨1、2第4章存储器管理（9课时）1.存储器的层次结构0.5引导学生开动脑筋，讨论存储器管理的各种有效方法，让学生参与课堂，体现“以生为本”的同时，激发了学生的学习兴趣和科研热情。1.理解存储器的层次结构；2.掌握程序的装入和链接；3.掌握连续分配存储管理方式，尤

10、其动态重定位方式；4.理解对换的概念，及其在存储器管理中所起的作用；5.掌握分页和分段存储管理方式；6.激发学生探索更有效的存储器管理方式。讲授12.程序的装入和链接1.5讲授+案例13.连续分配存储管理方式2.0案例+演示24.对换1.0讲授+研讨25.分页存储管理方式2.0案例+演示26.分段存储管理方式1.5案例+演示2课后习题0.5讲授+研讨2期中考试2.0测验1、2第5章虚拟存储器（6.5课时）1.虚拟存储器概述0.51.了解虚拟存储器；2.掌握请求分页存储管理方式，理解该方式中的对换和进程七态转换中的挂起功能的关系，且了解对换出的页面所处的物理位置；3.掌握各种页面置换算法；4.理

11、解“抖动”5.掌握分段存储管理。讲授12.请求分页存储管理方式1.5案例+演示23.页面置换算法2.0案例+演示24.“抖动”工作集0.5讲授+研讨25.请求分段存储管理方式1.5案例+演示2课后习题0.5讲授+研讨1、2第6章输入输出系统（4课时）1.I/O系统的功能、模型和接口0.51.了解I/O设备的类型；2.掌握四种I/O控制方式，尤其是DMA方式和通道方式；3.了解引入缓冲的目的、设备的分配和回收；4.掌握SPOOLing技术；5.掌握几种典型的磁盘调度算法，尤其是SSTP和SCAN算法；6.理解缓冲区管理。讲授12.I/O设备和设备控制器0.2讲授13.中断机构和中断处理程序0.5

12、讲授+研讨14.设备驱动程序0.5讲授15.与设备无关的I/O软件0.4讲授16.用户层的I/O软件1.0讲授17.缓冲区管理0.5讲授18.磁盘存储器的性能和调度0.3讲授1课后习题0.1讲授+研讨1第7章文件管理（2课时）1.文件和文件系统0.41.了解文件系统及相关概念；2.了解文件的分类方式和文件系统的层次结构；3.掌握文件的基本操作；4.掌握三种外存分配方式；5.掌握汇合索引结构的分配方式。讲授12.文件的逻辑结构0.5讲授13.文件目录0.5讲授14.文件共享0.3讲授15.文件保护0.2讲授1课后习题0.1讲授+研讨1第9章操作系统接口（2.2课时）1.用户接口0.31.能够区分

13、程序接口（系统调用）和程序接口（系统程序）；2.掌握系统调用；3.掌握内存接口（内核空间和用户空间）4.掌握应用程序、库函数、系统调用的关系图；5.了解OS在计算机启动过程中的作用，及存储器的内部结构。讲授12.Shell命令语言0.3讲授13.联机命令接口的实现0.2讲授24.系统调用的概念和类型1.0讲授25.UNIX系统调用0.1讲授16.系统调用的实现0.2讲授+案例2课后习题0.1讲授+研讨1注：1.思政融入点：至少写3条，简述该课程教学中将思政教育内容与专业教育内容有机融合的知识点（下同）。 2.学生学习预期成果：描述学生在学完本节内容后应获得的知识、能力或素养水平（下同） 3.教

14、学方式:包括讲授、讨论、案例、演示等，但不限于所列，根据课程实际需要列举四、实践（实验或实习）教学1编号实验或实习项目名称教学内容学时实验或实习类型2思政融入点学生学习预期成果课程目 标1进程同步信号量解决生产者-消费者问题的实现2验证性团队协作互帮互助能够用信号量解决进程同步问题32进程同步管程解决哲学家进餐问题的实现2设计性团队协作互帮互助能够用管程解决进程同步问题33作业调度作业调度算法实现2验证性 团结协作 互助友爱掌握作业调度算法34进程调度进程调度算法实现2验证性团结协作互助友爱掌握进程调度算法35避免死锁利用银行家算法避免死锁的实现2验证性法律意识实战精神掌握银行家调度算法36连

15、续分配存储器管理分配算法实现2验证性实战精神动手能力掌握各种连续分配存储器管理方式37存储器管理存储器管理方式设计2设计性实战精神爱国情怀能够合理设计出存储器管理方式3、48虚拟存储器管理虚拟存储管理方式设计2设计性创新精神科研精神能够合理设计出虚拟存储器管理方式3、4注：1.此表可用于课内实践教学环节或某门综合实践课程2.实验类型：选填”验证性/综合性/设计性”；实习类型：选填“认识实习/生产实习/毕业实习”五、课程评价（一）考核内容、考核方式与课程目标对应关系课程目标考核内容课程目标在各考核方式中占比1学习通课前测验课后作业实验课堂算法程序实验报告期中考试期末考试1 1.了解操作系统的发展

16、过程2.掌握操作系统的基本特性3.进程和线程的基本概念4.存储机调度层次5.调度队列模型和调度机制6.存储器的层次结构7.虚拟存储器的概念8.文件的逻辑结构和文件系统9.外存分配方式10.目录管理10%2%15%21.理解操作系统的主要功能2.掌握操作系统的结构设计3.进程控制各种状态转换4.进程同步（信号量、PV操作、管程）5.进程通信6.处理机各种调度算法7.死锁的概念和处理方法8.内存的各种管理方式9.页面置换算法10.文件共享和文件保护11.数据一致性2%3%20%31.理解基本服务和用户接口2.用信号量或管程解决生产者/消费者问题3.经典的避免死锁的方法银行家算法4.各种页面置换算法

17、5.用各种页面置换算法解决6.存储器的分配策略7.文件存储空间的管理3%25%4在所学理论知识的基础上，将“进程管理”、“处理器管理”、“存储器管理”等部分内容进行综合考核。这一课程目标的实施，主要依靠实验课的课堂实现来完成。15%5%合计100%各考核方式占总成绩权重（自行赋值）10%5%15%5%5%60%注：1. 课程目标在考核方式及占比：主要根据课程目标自行设计和制定多元化考核方式，表中所列仅为参考（红色数据可删除）。但所列考核方式必须覆盖全体学生，可根据当学期具体教学情况酌情调整。2. 各考核方式占总成绩权重：根据课程实际情况对各考核方式占总成绩的权重予以赋值。（二）考核方式评分标准

18、1课程作业评分标准课程目标评分标准（分数段划分可根据课程需要自行设计）占比90-100（优）80-89（良）70-79（中）60-69（及格）0-59（不及格）1.2.1.结果正确2.答题完整3.图表规范4.排版规范1.结果正确2.答题完整3.图表较规范4.排版较规范1.结果正确2.答题较完整3.图表较规范4.排版较规范1.结果正确2.答题不完整3.图表不规范4.排版不规范1.结果错误2.图表不规范3.排版不规范5%3.4.2期中/期末考试评分标准（笔试类评分标准可在大纲中按以下格式予以说明，也可在通过“试卷分析表”予以说明）课程目标评分标准（分数段划分可根据课程需要自行设计）占比90-100（优）80-89（良）70-79（中）60-69（及格）0-59（不及格）1.2.注：考核方式和课程目标在考核方式中占比应与“（一）考核内容、考核方式与课程目标对应关系”一致。所列考核环节，除了笔试类均须依次给出评分标准，格式同上。笔试类课程考核评分标准可以在本课