课程简介

《操作系统原理》是针对计算机科学技术专业三年级本科生开设的一门专业基础课程。本课程着重学生系统观的培养,通过重点讲述操作系统的内部结构、工作原理及典型技术的实现,使学生建立起对操作系统的整体及各个功能模块的认识,从而系统掌握计算机的专业知识,进一步提升学生的软件开发能力乃至系统软件开发能力。

课程大纲


第1章 操作系统概述

主要内容:举例介绍操作系统所做的工作;操作系统的定义与特征;操作系统分类;操作系统发展中的典型技术;典型操作系统的结构。

第2章 操作系统运行环境

主要内容:特权指令/非特权指令、CPU状态;中断系统的作用;中断硬件工作原理;中断处理程序流程;中断处理程序举例;中断系统举例;系统调用基本概念;系统调用实现机制;系统调用实现实例。

第3章 进程线程模型

主要内容:进程基本概念;进程状态及状态转换;进程控制块的作用和内容;进程控制操作;进程地址空间与进程映像;为什么引入线程?线程的应用场景;Web服务器的实现;线程概念、线程与进程的区别;线程实现的三种方式;Pthreads线程库及应用;几个重要的概念:原语、可再入程序。

第4章 处理器调度

主要内容:调度层次与调度类型;调度时机与进程切换;调度算法设计原则;调度算法设计时考虑的各种因素;基本调度算法;多级队列反馈调度算法;调度算法应用;Linux调度算法的演化; Windows调度算法简介。

第5、6章 同步机制

主要内容:进程/线程的并发执行;竞争条件的引入;进程互斥与进程同步的概念;进程互斥的软件解法;Peterson算法;进程互斥的硬件解法;睡眠与唤醒机制;信号量及PV操作;用信号量解决互斥问题举例;用信号量解决生产者消费者问题;用信号量解决读者写者问题;信号量的问题及管程的引入;管程的基本概念;Hoare管程;管程应用举例;Mesa管程;JAVA管程解决生产者消费者问题。

第7、8章 存储模型

主要内容:基本概念介绍;物理内存管理方案之可变分区管理方案;物理内存管理方案之页式管理方案;虚拟存储管理基本思想;页表设计;地址转换过程;TLB引入;缺页异常处理;页面置换算法及应用;工作集模型;清除策略与页缓冲技术。

第9、10章 文件系统

主要内容:文件系统的功能;文件分类;文件的逻辑结构和物理结构;文件控制块的内容和作用;文件目录与目录文件;文件系统的布局;文件的基本操作;文件系统的内存结构;磁盘空间管理;FAT16/32文件系统;UNIX文件系统;文件共享与保护机制;文件系统一致性;文件系统性能。

第11章I/O系统

主要内容:设备管理的目标和任务;I/O设备分类;I/O设备组成;I/O端口地址;I/O控制方式;I/O软件层次;设备分配算法;设备驱动程序;缓冲技术;I/O性能问题。

第12章死锁

主要内容:死锁的基本概念;产生死锁的原因;死锁举例;用资源分配图讨论死锁问题;死锁预防方法;死锁避免方法;银行家算法;银行家算法的应用;死锁检测方法;死锁解除方法;哲学家就餐问题。

课程说明


课程目标

1.掌握操作系统的基本概念、功能组成、系统结构及运行环境;

2.熟悉并运用操作系统工作原理、设计方法和实现技术,理解有代表性、典型的操作系统实例(如UNIX、Linux和Windows);

3.了解操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想,为后续相关课程的学习打下良好基础,为后续职业发展奠定基石。

本课程共12章。


授课形式

1.本课程由一系列教学视频组成,每周的学习内容大约由6-10段视频组成,每段视频的长度约8-12分钟。

2.每周布置课后作业。

3.鼓励学习者在课程论坛上提出问题,并互相帮助,回答问题。教学团队会始终关注课程论坛的讨论,有选择性的回答疑难问题。


常见问题

1.这门课程需要编写代码吗?

    在学习进程线程同步机制时,需要读懂用C、JAVA等编写的程序。在用信号量及P、V操作解决进程线程同步问题时,需要用伪码编写简单程序。

2.这门课程需要了解计算机硬件系统吗?

    通常在课上会讲解涉及到的相关内容。如果熟悉计算机硬件系统,会有利于对本课程的理解。

参考资料

教材

《现代操作系统》(原书第3版),(荷)Andrews S. Tanenbaum著,陈向群、马洪兵 等译,机械工业出版社,2012年7月。

参考书目

《操作系统—精髓与设计原理》(原书第7版),(美)William Stallings著,陈向群、陈渝 译,电子工业出版社,2012年9月。

《操作系统概念》(原书第6版),(美)Abrahan Silberschatz、Peter Baer Galvin、Greg Gagne著,郑扣根 译,高等教育出版社,2010年1月。
《深入理解计算机系统》(原书第2版),(美)Randal E. Bryant、David R. O’Hallaron著,龚奕利、雷迎春 译,机械工业出版社,2011年1月。

拓展阅读

其他

主讲教师

陈向群   

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