计算机操作系统教与学(思政教学大纲 569页PPT 教案 视频 题库)

计算机操作系统教学大纲

课程名称（英文）：Operating System

适用专业：计算机、信息管理与信息系统、电子商务、信息安全

课程性质：专业基础课，必修

学    时：48学时

先修课程：C语言程序设计、数据结构、计算机组成原理   

01

课程地位与任务

《操作系统》是专业基础课，面对大学二年级开设，先修课程为《C语言程序设计》、《数据结构》、《信息系统基础》，其主要任务是引导学生在计算机系统级上掌握操作系统的原理中的基本概念、基本原理、基本方法、主要功能及实现技术，学习操作系统的设计和实现技术，理解多用户、多任务操作系统的运行机制，理解系统资源管理的策略和方法，使学生识别、定位、判断、分析操作系统相关复杂工程问题，并具备自主学习、终身学习的意识和能力。

02

课程的教学目标与基本要求 

掌握操作系统中进程管理、CPU管理、存储管理、文件管理、设备管理的基本概念、基本原理、描述模型、资源分配策略、工作机制和算法知识。在理解操作系统的基本原理、方法基础上能够运用相关知识分析、研究和解决问题，提升计算机问题求解的水平，增强系统分析的能力；具备独立分析和理解操作系统资源分配策略设计原理的能力，站在系统软件的高度思考问题，培养分析和解决操作系统复杂工程问题的能力。使学生明白学习操作系统的必要性和重要性，使学生具备学习操作系统新技术、新机制的自主学习、终身学习的意识和能力。

课程目标1：能够运用操作系统的基本概念、基本原理及其实现技术等识别、定位和判断复杂工程问题所属的操作系统功能环节。掌握操作系统中进程管理、CPU管理、存储管理、文件管理、设备管理的基本概念、基本原理，并能灵活运用。掌握操作系统中的资源分配策略、工作机制和算法的原理和实现。具备根据具体现象识别、判断、定位操作系统复杂问题的能力。

课程目标2：具备应用操作系统原理知识调研和分析复杂工程问题解决方案的能力。启发学生发现问题，选择适当的资源管理模型，并能够运用操作系统中定性和定量的模型去描述问题，能对解决问题的不同方法进行评价。通过对CPU调度算法、内存分配算法、文件分配算法、磁盘调度算法的分析评价，指出不同方法的优势和不足，锻炼运用科学方法对操作系统复杂工程问题进行需求和功能分析的能力。

课程目标3：具备科学的学习方法和自主学习的能力，激发学生对本专业的学习兴趣和动力，以适应社会需求和技术的不断更新升级。

表1 课程目标与毕业要求对应关系表

专业毕业要求	课程教学目标
毕业要求1：具有扎实的操作系统理论基础和专业知识，能够将操作系统知识用于各种信息系统建设工程中；	课程教学目标1
毕业要求2:能运用相关科学原理，识别和判断复杂信息系统工程问题的关键环节。	课程教学目标1
毕业要求4：能够掌握信息系统领域涉及的基本科学原理以及科学研究的基本方法，能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂信息系统工程问题的解决方案。	课程教学目标2
毕业要求12：能在社会发展的大背景下，针对信息系统工程不断发展的需求，认识到自主和终身学习的必要性。	课程教学目标3

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课程教学内容提要与基本要求

理论部分
序号	教学内容提要	基本教学要求 （措辞不要求统一）	学时	对应课程目标	备注
1	第一章  操作系统引论 1.1  操作系统的定义 1.2  操作系统的产生和发展 1.3  操作系统的特征 1.4  操作系统的功能 1.5  操作系统的类型	能力：掌握操作系统的定义；了解操作系统的产生和发展过程；理解操作系统的特征与功能；了解操作系统的类型。 重点：操作系统的定义、特征和功能 难点：操作系统的定义、特征和功能	4	1、2、3
2	第二章  进程与线程 2．1进程的引入 2．2进程的状态及其转换 2．3进程控制 2．4线程	能力：了解程序的顺序执行过程，理解程序的并发执行过程，掌握并发执行程序的特征，理解进程的概念；熟练掌握进程状态及其转换；了解进程控制原语；理解线程的概念，理解线程与进程的区别。 重点：进程的概念、进程状态及其转换、线程的概念。 难点：进程状态及其转换。	6	1、2
3	第三章  进程同步 3.1  进程同步与互斥 3.2  经典进程同步与互斥问题 3.3  AND信号量	能力：理解进程互斥与同步的概念；熟练掌握使用信息量和PV操作解决互斥与同步问题；了解AND信号量。 重点：使用信息量解决实际互斥与同步问题 难点：使用信息量解决实际互斥与同步问题	8	1、2
4	第四章  调度与死锁 4.1  调度的类型与准则 4.2  调度算法 4.3  死锁的基本概念 4.4  死锁的避免	能力：理解操作系统的三级调度类型，理解调度的性能准则；熟练掌握调度算法；理解死锁的概念；熟练掌握死锁的避免方法。 重点：调度算法、避免死锁的方法 难点：调度算法	6	1、2、3
5	第五章  存储管理 5.1程序的装入与链接 5.2连续分配存储管理方式 5.3页式存储管理 5.4  段式存储管理	能力：理解程序的装入与链接过程；理解连续分配存储管理方式；熟练掌握页式存储管理方法；理解段式存储管理方法。 重点：页式存储管理方案 难点：页式存储管理、地址变换和页表机制	6	1、2、3
6	第六章  虚拟存储管理 6.1虚拟存储器的引入 6.2请求页式存储管理 6.3请求段式存储管理	能力：理解虚拟存储管理原理；熟练掌握请求页式存储管理方法；理解请求段式存贮管理方法。 重点：虚存原理，请求页式存储，页面置换算法，地址变换 难点：地址变换，页面置换算法	4	1、3
7	第七章  设备管理 7.1  I/O设备管理概述 7.2  I/O控制方式 7.3  I/O系统 7.4  磁盘管理 7.5  缓冲管理	能力：理解I/O系统硬件组成；理解I/O数据控制方式；理解I/O控制及I/O系统；理解磁盘的结构，熟练掌握磁盘调度算法；理解缓冲的概念。 重点：磁盘的结构，磁盘调度算法，影响磁盘调度的主要因素。 难点：磁盘调度算法。	6	1、2
8	第八章  文件管理 8.1  文件概念 8.2  文件结构和文件系统 8.3  目录 8.4  文件系统实现	能力：理解文件概念；理解文件结构和文件系统；理解目录管理方法；熟练掌握文件系统实现。 重点：文件的逻辑结构、文件的物理结构、文件系统目录结构、文件访问控制方法 难点：文件系统实现方法。	6	1、3
9	第九章  WIN7操作系统 9.1 WIN系统的特点与结构 9.2 WIN进程管理 9.3 WIN内存管理 9.4 WIN设备管理 9.5 WIN文件管理	能力：理解windows系统的进程管理、内存管理、设备管理与文件管理 重点：无 难点：进程管理	1	1、3
10	第十章  linux操作系统 10.1 linux系统的特点与结构 10.2 linux进程管理 10.3 linux内存管理 10.4 linux设备管理 10.5 linux文件管理	能力：理解Linux 系统的进程管理、内存管理、设备管理与文件管理 重点：无 难点：无	1	1、3

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课程考核方式及成绩构成比例

考核方式	考核方式 （根据课程实际需要填写）	成绩比例（%）	备注
学习表现	课堂互动、纪律等	10
阶段小测	章节作业、案例讨论等	20
期末考试	考试（笔试）	70	√闭卷□开卷（如考试，请注明闭卷、开卷）

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教学用书

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06

内容简介

本书获得北京市优质教材奖。本书全面系统地介绍了现代操作系统的基本理论和前沿技术，并具体分析了Windows 和Linux中的实现技术和方法。

全书分为12章，为了便于没有先修“计算机原理”“计算机组织结构”课程的读者阅读，本书增设了第0章，简单介绍了计算机系统，尤其是计算机硬件组成。第1章概述了操作系统的定义、发展、功能、特征和类型； 第2~8章分别介绍进程与线程、进程同步与通信、调度与死锁、存储管理、虚拟存储管理、设备管理和文件管理； 第9章和第10章分别讲述Windows和Linux两个常用操作系统的实现技术； 第11章介绍操作系统安全。每章后附有思考与练习题，与本书配套的《计算机操作系统实验指导》（清华大学出版社）中有对应思考与练习题的详细解答。

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配套资源

569页超详细PPT+思政版教学大纲（含上机）+视频+试卷+教案+作业系统（12份期末试卷）

课 件 样 例

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配套视频样例

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思政教育 

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教学方式 

课程教学方式主要有讲授法、任务驱动法、讨论法、课外作业法。

（1）讲授法主要用于理论部分教学。通过叙述、描绘、解释、推理来介绍操作系统基本概念、基本原理、基本方法、主要功能及实现技术，通过“问题式讲述”引导学生分析和认识问题，通过“问答式教学”提高学生课堂上的注意力。在操作系统原理教学中主要采用多媒体教学为教学手段，结合板书提示、强调重点和难点；在线程的创建、同步和撤销，以及线程互斥两个实验环节，通过操作演示强调实验内容的重点环节。在整个讲授过程中，重视教学内容的科学性和思想性，注意培养学生的科学思维。

（2）任务驱动法主要用于课程实验（详见操作系统实验）和课外作业环节。实验是对课堂知识点的加强理解和实操，提高学生们的工程意识与实践技能。采用的教学手段主要是布置目的明确的实验任务。

（3）讨论法穿插在理论环节和课程实验环节。课堂上通过抛出问题，引发学生讨论和思考，采用问题式教学方法引导学生自主思考操作系统资源管理和调配机制、策略的设计理念。实践环节针对实验任务，引发学生讨论和思考，在实验过程中，允许学生通过讨论相互学习、评价对方观点，培养学生调研分析、总结评价的能力。

（4）课外作业法穿插在理论教学全过程。课外作业包括课后作业和课外阅读两类。课后作业包括基本概念、基本理论方面的内容，要求学生在课外完成习题练习，是对各章节中的重点、难点内容的巩固和复习。课外阅读是根据学科前沿布置新技术资料的收集和补充阅读学习，通过大作业的形式提高学生自主学习的能力。在加深和加强学生对教材的理解和巩固的基础上，学生调研分析相关前沿技术，培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生自主学习、终身学习的素养。

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实训

实验部分
序号	实验项目名称	实验内容、要求及时间安排、仪器要求	学时	对应课程目标	实验类型	必开/选开
1	用线程的同步与互斥工具解决实际问题	实现一个实际的系统完成线程的同步与互斥。题目在教师指导下由学生自由选定。掌握Windows环境下线程的创建、线程同步、互斥API的使用。 时间安排：第三章进程同步授课后 仪器要求：PC机、Windows环境VC6.0软件	6	1、2	验证 综合	必开
2	动态链接库的建立和调用	建立动态链接库和调用动态链接库。 时间安排：第六章虚拟存贮管理授课后。 仪器要求：PC机、Windows环境VC6.0软件	2	1	验证	必开
3	分别采用无缓冲、高速缓存方式实现文件读/写	采用无缓冲、高速缓存方式实现文件读/写相关API的使用。 时间安排：第七章设备管理7.5缓冲管理及第八章文件管理授课后。 仪器要求：PC机、Windows环境VC6.0软件	4	1、2	验证	必开
4	采用异步方式实现文件读/写	采用异步方式实现文件读/写相关API的使用。 使用。 时间安排：第七章设备管理7.5缓冲管理及第八章文件管理授课后。 仪器要求：PC机、Windows环境VC6.0软件	2	1、2	验证	必开
5	比较无缓冲、高速缓存和异步三种方式实现文件读/写的优劣	设计并实现一个比较和测试三种方式实现文件读/写的系统，要求使用动态链接库。 时间安排：第七章设备管理7.5缓冲管理及第八章文件管理授课后，在上述2、3、4三个实验完成的基础上。 仪器要求：PC机、Windows环境VC6.0软件	2	1	综合	必开

 

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其他

本课程所涉及的内容需要一定的计算机软硬件方面的基础，软件方面要求先修课程为C语言程序设计、数据结构，本课程中充斥着大量的相当难度的算法，要求学生有较强的理解算法的能力;硬件方面要求在信息系统基础课程中不少于6个学时的硬件基础知识，操作系统是管理计算机硬件的，若学生对计算机硬件一无所知，将无法理解如何去管理它，因此要求学生在信息系统基础课程中掌握计算机的基本硬件结构及各个硬件的功能，理解程序的运行过程。本课程的后续课程为计算机网络。

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在线作业及期末试卷（www.qingline.net）

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目录

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第0章计算机系统概述

0.1计算机系统及其结构

0.2计算机硬件

0.2.1中央处理器

0.2.2存储器

0.2.3I/O系统

0.2.4总线

0.2.5启动计算机

0.3指令的执行

0.3.1取指令与执行指令

0.3.2I/O函数

0.4中断

0.4.1中断与指令周期

0.4.2中断处理

0.4.3多个中断

思考与练习题

第1章操作系统引论

1.1操作系统的定义

1.1.1资源管理的观点

1.1.2用户的观点（扩展机器的观点）

1.2操作系统的产生和发展

1.2.1第一代计算机没有操作系统

1.2.2第二代计算机有了监控系统

1.2.3第三代计算机操作系统得到极大的发展

1.2.4第四代计算机操作系统向多元化方向发展

1.3操作系统的特征

1.4操作系统的功能

1.4.1进程管理

1.4.2存储管理

1.4.3设备管理

1.4.4文件管理

1.4.5操作系统接口

1.5操作系统的类型

1.5.1批处理操作系统

1.5.2分时操作系统

1.5.3实时操作系统

1.5.4微机操作系统

1.5.5多处理机操作系统

1.5.6网络操作系统

1.5.7分布式操作系统

1.5.8嵌入式操作系统

1.6操作系统的体系结构

1.6.1单核系统

1.6.2多核系统

1.6.3集群系统

思考与练习题

第2章进程与线程

2.1进程的引入

2.1.1单道程序的顺序执行

2.1.2多道程序的并发执行

2.1.3程序并发执行的条件

2.1.4进程的概念

2.2进程的状态及组成

2.2.1进程的基本状态

2.2.2进程的挂起状态

2.2.3进程控制块

2.3进程控制

2.3.1操作系统内核

2.3.2进程的创建与撤销

2.3.3进程的阻塞与唤醒

2.3.4进程的挂起与激活

2.4线程

2.4.1线程的概念

2.4.2线程与进程的比较

2.4.3线程的实现

2.4.4多线程问题

思考与练习题

第3章进程同步与通信

3.1进程同步与互斥

3.1.1并发原理

3.1.2临界资源与临界区

3.1.3互斥实现的硬件方法

3.1.4互斥实现的软件方法

3.1.5信号量和P、V操作

3.2经典进程同步与互斥问题

3.2.1生产者—消费者问题

3.2.2读者—写者问题

3.2.3哲学家进餐问题

3.2.4打瞌睡的理发师问题

3.3AND信号量

3.3.1AND信号量的引入

3.3.2用AND信号量解决实际应用

3.4管程

3.4.1管程的思想

3.4.2管程的结构

3.4.3用管程解决实际应用

3.5同步与互斥实例

3.5.1Solaris的同步与互斥

3.5.2Windows的同步与互斥

3.5.3Linux的同步与互斥

3.6进程通信

3.6.1进程通信的类型

3.6.2进程通信中的问题

3.6.3消息传递系统的实现

3.6.4客户端—服务器系统通信

思考与练习题

第4章调度与死锁

4.1调度类型与准则

4.1.1调度类型

4.1.2进程调度方式

4.1.3进程调度时机

4.1.4调度的性能准则

4.2调度算法

4.2.1先来先服务调度算法

4.2.2短作业（进程）优先调度算法

4.2.3时间片轮转调度算法

4.2.4优先权调度算法

4.2.5多级反馈队列调度算法

4.2.6多种调度算法的比较

4.3死锁的基本概念

4.3.1死锁的定义

4.3.2死锁产生的原因

4.3.3可重复使用资源和可消耗资源

4.3.4死锁产生的必要条件

4.4死锁的预防与避免

4.4.1死锁的预防

4.4.2死锁的避免

4.4.3银行家算法

4.5死锁的检测与解除

4.5.1资源分配图

4.5.2死锁的解除

4.5.3鸵鸟算法

思考与练习题

第5章存储管理

5.1程序的装入和链接

5.1.1重定位

5.1.2链接

5.2连续分配存储管理方式

5.2.1单一连续分区

5.2.2固定分区

5.2.3可变分区

5.2.4动态重定位分区

5.3页式存储管理

5.3.1页式存储管理的基本原理

5.3.2页式存储管理的地址变换

5.3.3页表的硬件实现

5.3.4页表的组织

5.4段式存储管理

5.4.1段式存储管理的基本原理

5.4.2段式存储管理系统的地址变换

5.4.3分段和分页的区别

5.4.4段的共享与保护

5.5段页式存储管理

5.5.1段页式存储管理的基本原理

5.5.2段页式存储管理的地址变换

5.5.3段页式存储管理系统举例

思考与练习题

第6章虚拟存储管理

6.1虚拟存储器的引入

6.1.1局部性原理

6.1.2虚拟存储器

6.1.3虚拟存储器的特征

6.2请求页式存储管理

6.2.1请求页式存储管理系统的实现

6.2.2请求页式存储管理驻留集管理

6.2.3请求页式存储管理的调入策略

6.2.4请求页式存储管理的页面置换算法

6.2.5请求页式存储管理系统的性能

6.3请求段式存储管理

6.3.1请求段式存储管理的地址实现

6.3.2动态链接

思考与练习题

第7章设备管理

7.1I/O管理概述

7.1.1I/O管理的功能

7.1.2I/O硬件组成

7.1.3I/O设备

7.1.4设备控制器

7.1.5设备通道

7.2I/O控制方式

7.2.1程序直接控制方式

7.2.2中断控制方式

7.2.3DMA控制方式

7.2.4通道控制方式

7.3I/O系统

7.3.1设备分配

7.3.2SPOOLing技术

7.3.3设备驱动程序

7.3.4中断处理程序

7.4磁盘管理

7.4.1磁盘结构和管理

7.4.2磁盘调度

7.4.3独立磁盘冗余阵列

7.4.4非易失性存储器

7.5缓冲管理

7.5.1缓冲

7.5.2磁盘高速缓存

7.5.3提高磁盘I/O速度的其他方法

思考与练习题

第8章文件管理

8.1文件概述

8.1.1文件类型

8.1.2文件属性

8.1.3文件的操作

8.1.4文件访问方式

8.2文件结构和文件系统

8.2.1文件结构

8.2.2有结构文件的组织

8.2.3文件系统

8.3目录

8.3.1文件控制块和索引节点

8.3.2单级目录

8.3.3两级目录

8.3.4树形目录

8.3.5目录的查询

8.3.6文件的共享

8.4文件系统实现

8.4.1文件系统的格式

8.4.2文件的存储结构

8.4.3空闲存储空间的管理

8.5文件系统的可靠性

8.5.1坏块管理

8.5.2备份

8.5.3文件系统一致性问题

8.5.4数据一致性控制

8.6保护机制

8.6.1保护域

8.6.2保护矩阵的实现

8.6.3分级安全管理

思考与练习题

第9章Windows操作系统

9.1Windows的特点和结构

9.1.1Windows的特点

9.1.2Windows的结构

9.2Windows 进程管理

9.2.1Windows的进程和线程

9.2.2Windows的互斥与同步

9.2.3Windows的进程通信

9.2.4Windows的线程调度

9.3Windows内存管理

9.3.1Windows的地址空间布局

9.3.2Windows的地址变换机制

9.3.3Windows的内存分配

9.3.4Windows的页面共享

9.3.5Windows的驻留集

9.3.6Windows的物理内存管理

9.4Windows设备管理

9.4.1Windows的I/O系统结构

9.4.2Windows的I/O系统的数据结构

9.4.3Windows的I/O系统的设备驱动程序

9.4.4Windows的I/O处理

9.4.5Windows的磁盘管理

9.4.6Windows的高速缓存管理

9.4.7Windows的高速缓存支持的操作

9.5Windows文件管理

9.5.1Windows文件系统概述

9.5.2NTFS卷及其结构

9.5.3NTFS的可恢复性、可靠性和安全性

思考与练习题

第10章Linux操作系统

10.1Linux内核设计

10.1.1内核设计目标

10.1.2微内核与单内核

10.1.3Linux内核结构

10.2Linux系统的启动与初始化

10.2.1初始化系统

10.2.2操作系统的初始化

10.2.3init进程

10.3Linux进程管理

10.3.1Linux中的进程与线程

10.3.2进程与线程的创建和撤销

10.3.3进程调度

10.3.4进程通信

10.4Linux内存管理

10.4.1虚拟内存管理

10.4.2物理内存管理

10.5Linux文件管理

10.5.1虚拟文件系统

10.5.2文件系统的安装与卸载

10.5.3EXT2逻辑文件系统

10.6Linux设备管理

10.6.1Linux设备管理概述

10.6.2Linux设备的类型

10.6.3中断

10.6.4缓存和刷新机制

10.6.5磁盘调度

思考与练习题

第11章操作系统安全

11.1操作系统安全概述

11.1.1操作系统的脆弱性

11.1.2安全操作系统的重要性

11.2操作系统的安全机制

11.2.1硬件安全机制

11.2.2软件安全机制

11.3操作系统安全评测

11.3.1操作系统安全评测方法

11.3.2国内外计算机系统安全评测准则

11.3.3美国国防部可信计算机系统评测准则

11.3.4CC(ISO/IEC 154081999)

11.3.5中国计算机信息系统安全保护等级划分准则

11.4分布式操作系统安全

11.4.1加密和数据签名

11.4.2身份认证

11.4.3防火墙

11.5Linux操作系统安全性

11.5.1标识与鉴别

11.5.2存取控制

11.5.3审计与加密

11.5.4网络安全

11.5.5备份

11.6Windows 2000/XP操作系统安全

11.6.1Windows 2000/XP安全模型

11.6.2Windows的注册表、文件系统及系统的激活和授权机制

11.7主流操作系统安全机制

11.7.1Windows Vista/Windows 7/Windows 10操作系统

11.7.2Android操作系统

11.7.3Mac OS & iOS操作系统

11.8云操作系统

11.8.1Windows Azure

11.8.2Google Chrome OS

11.9要点及小结

思考与练习题

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教案样例