课程代码

045101182

课程名称

操作系统

英文名称

Operating system

课程类别

专业基础课

课程性质

必修

学时

总学时：64  实验学时：16

学分

3.5

开课学期

第四学期

开课单位

计算机学院

适用专业

计算机科学与技术、网络工程、信息安全

授课语言

中文

先修课程

C++，数据结构、计算机组成与体系结构

课程对毕业要求的支撑

本课程对学生达到如下毕业要求有如下贡献：

1.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析计算机、网络工程及信息安全工程中的复杂问题，以获得有效结论。

2.设计/开发解决方案：能够设计针对计算机、网络工程及信息安全工程问题的解决方案，设计满足特定需求的信息安全解决方案，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

3.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对计算机、网络工程及信息安全工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.使用现代工具：能够针对计算机、网络工程及信息安全工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工具和信息技术工具，包括对计算机、网络工程及信息安全工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

课程目标

完成课程后，学生将具备以下能力：

（1）掌握操作系统的基本原理和基本知识，培养学生发现问题、解决问题的基本能力。

（2）掌握操作系统的基本知识，学生具有设计操作系统部件的初步能力。

（3）掌握常用的操作系统，并具有初步的系统设计能力，培养学生的实践能力。

课程简介

操作系统（Operating System ，简称OS）,是计算机系统中负责支撑应用程序运行环境和用户操作环境的系统软件，同时也是计算机软件系统的核心与基石。操作系统通常是最靠近硬件的一层系统软件，它把硬件裸机改造成为功能完善的一台虚拟机，使得计算机系统的使用和管理更加方便，计算机资源的利用效率更高。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括4个方面的管理功能：进程与处理机管理、存储管理、设备管理和文件管理。本课程以这4方面的内容为核心，兼顾操作系统安全以及死锁问题，并以unix/linux为实例，全面透彻地讲述操作系统的基本原理。

教学内容与学时分配

0. 课程思政要素（1学时）

计算机相关专业操作系统课程内容在社会主义建设中的作用，我国操作系统发展取得的成就，操作系统对我院第一台俄汉翻译机的支撑作用。

(1) 操作系统绪论 （4学时）

介绍什么是操作系统，操作系统的历史、分类、结构，操作系统解决的问题和系统调用

(2) 进程和线程（9学时）

介绍什么是进程、线程，进程间通讯，经典的IPC问题以及进程和线程的调度。

(3) 死锁（4学时）

资源的概念、死锁的引入、鸵鸟算法、死锁的检测和恢复、死锁避免、死锁防止、死锁的其他解决方案

(4) 存储管理 （8学时）

基本的内存管理；交换；虚拟存储管理；页面置换算法；页面置换算法的模型化；分页式虚存系统的设计；存储管理的实现；段式存储管理

(5) 输入和输出系统 （6学时）

输入输出设备的软硬件基础知识；设备管理软件的层次结构；磁盘设备的管理；时钟设备的管理；字符设备的管理；图形用户界面；网络设备；电源管理

(6) 文件系统 （6学时）

文件的组织和存储方式；目录的组织和存储方式；文件系统的设计与实现；文件系统实例

(7) 安全 （4学时）

安全的基本概念和密码学基础；用户验证的目的和基本原理；攻击的一些实例；权限控制的实现方法；安全系统的形式模型

(8) 操作系统实例研究（UNIX）（6学时）

UNIX的历史；UNIX概述；UNIX的进程管理；UNIX的存储管理；UNIX的设备管理；UNIX的文件系统；UNIX的安全

实验教学（包括实验学时、实习学时、其他）

实验上机16学时

教学方法

课程教学以课堂教学、课外作业、综合讨论、网络以及授课教师的科研项目积累等共同实施。

考核方式

本课程注重过程考核，考核形式、考核内容、课程目标、成绩比例为：

（1）平时作业、实验及课堂表现（占总成绩的30%）

选做教材部分习题和设计题，考查学生对某某基础知识和基本理论的掌握和应用能力；课程目标1、2；

（2）期中考试和平时小测试（占总成绩的30%）

选择上机测验、课堂测验的形式，考查学生对操作系统设计的能力；课程目标2

（3）期末考试（闭卷）（占总成绩的40%）

采用笔试闭卷方式，考试内容选择某方面的内容，重点考查某基础知识、基本应用、某设计运算能力；课程目标1、3

教材及参考书

现用教材：Andrew S.Tanenbaum著，陈向群等译《现代操作系统》（原书第4版），机械工业出版社

主要参考资料：

[1] [美] W. Richard Stevens，[美] Stephen A. Rago著；戚正伟，张亚英，尤晋元译，UNIX环境高级编程，人民邮电出版社，2014

[2] 威廉斯托林斯著，操作系统-精髓与设计原理-(第八版)，电子工业出版社，2017

[3] [美] 亚伯拉罕·西尔伯沙茨（Abraham Silberschatz） 彼得 B. 高尔文（Pet著，郑扣根 译 ，操作系统概念（原书第9版），机械工业出版社，2018

[4] [美] 阿麦肯尚尔·拉姆阿塔德兰（Umakishore Ramachandran），小威廉·D·莱希（William D.Leahy） 著，陈文允 等 译 ，计算机系统：系统架构与操作系统的高度集成，机械出版社，2015

[5] [美] 塔嫩鲍姆（Andrew S.Tanenbaum），[美] Albert S. Woodhull著；陈渝，谌卫军译，操作系统设计与实现，电子工业出版社，2015

制定人及制定时间

吴一民，2019年4月29日

Course Code

045101182

Course Title

Operating system

Course Category

Specialty Basic Courses

Course Nature

Compulsory Course

Class Hours

64

Credits

3.5

Semester

4

Institute

School of Computer Science & Engineering

ProgramOriented

Computer Science and Technology，network engineering，Information security

Teaching Language

Chinese

Prerequisites

C++ Programming, Computer Organization and Architecture，Data Structure

 Student Outcomes

 (Special Training Ability)

1. Problem Analysis: An ability to creatively use the basic principles of computer science to solve the problems encountered in the computer field.

2. Design / Development Solutions: An ability to design solutions for computer engineering complex problems, to design computer hardware and software systems that meet with specific requirements, and to embody innovation awareness in the design process and take into account social, health, safety, cultural and environmental factors.

4.Research: An ability to develop computer system-related knowledge and research computer engineering complex issues, to develop the basic capacity of computer systems research & development, systematic cognitive and practice, master the Bottom-up and top-down problem analysis methods.

5.Applying Modern Tools: An ability to develop, select and use appropriate technologies, resources, modern engineering tools and information technology tools for complex computer engineering issues.

Course Objectives

 After completing the course, students will have the following abilities:

 (1) Master the basic principles and knowledge of the operating system, and cultivate students'basic ability to find and solve problems.

 (2) Mastering the basic knowledge of operating system, students have the preliminary ability to design operating system components.

(3) Master the commonly used operating systems, and have a preliminary system design ability, to cultivate students'practical ability.

Course Description

Operating System (OS) is the system software responsible for supporting application running environment and user operating environment in computer system. It is also the core and cornerstone of computer software system. Operating system is usually the layer of system software closest to hardware. It transforms bare hardware into a virtual machine with perfect functions, which makes the use and management of computer system more convenient and the utilization efficiency of computer resources higher. Operating system is a huge management control program, which includes four aspects of management functions: process and processor management, storage management, device management and file management. This course takes these four aspects as the core, takes into account the security of operating system and deadlock problems, and takes UNIX / Linux as an example to fully and thoroughly describe the basic principles of operating system.

Teaching Content and Class Hours Distribution

1 Ideological and Political Elements of Curriculum (1 hours):

The role of operating system technology in socialist construction; the interpretation of the contents related to operating system technology in major planning and decision-making in China; the development course and achievements of operating system in China.

2 Introduction (4 hours):

Operating System history; Operating system classification; Hardware review;

Operating System concepts; Operating System structure

3 Processes and Threads (9 hours):

Processes and threads；Interprocess communications；Classical IPC problems；

Process scheduling;

4 Deadlocks (4 hours):

Deadlocks and resources; Deadlock detection & recovery; Deadlock avoidance & prevention;

5 Memory Management (8 hours):

Basic memory management； Virtual memory；Implementation issues of memory management;

6 Input/output  (6 hours):

Principles of I/O hardware & software; I/O software layers; Disks; Clocks; Terminals;

7 File Systems t (6 hours):

Files and Directories; File system implementation; Example file systems;

8Security (4 hours):

Basic concepts of security; Basic Principle of User Authentication; Examples of Attacks; Realization Method of Permission Control;

9 Case Study: Linux (6 hours)

Overview of Unix/Linux；Process management in Linux; Memory management in Linux; I/O and file system in Linux;

Experimental Teaching

16Hours

Teaching Method

The course teaching is carried out by classroom teaching, homework, comprehensive discussion, network, and the accumulation of scientific research projects of teachers

Examination Method

This course pays attention to process assessment. Examination form, content, goal and achievement ratio are as follows:

(1) Homework, experiment and classroom performance (30% of the total score)

Select some exercises and design questions in the textbook to test the students'ability to master and apply some basic knowledge and theory.

(2) Mid-term exams and hourly quizzes (30% of the total score)

Choose the form of computer test and classroom test to test students'ability to design operating system; Course objective 2

(3) Final examination (closed examination) (40% of the total score)

By using the closed-paper method of written examination, the content of the examination should be selected from certain aspects, focusing on certain basic knowledge, basic application and certain design and operation ability; Course Objectives 1 and 3

Teaching Materials and Reference Books

Textbooks: Andrew S. Tanenbaum, Chen Xiangqun et al. Translated Modern Operating System (4th edition of the original book), Machinery Industry Press

 Main References:

 [1] [US] W. Richard Stevens, [US] Stephen A. Rago; Qi Zhengwei, Zhang Yaying, Translated by Yu Jinyuan, UNIX Advanced Programming for Environment, People's Posts and Telecommunications Publishing House, 2014

 [2] William Stolins, Operating Systems - Essence and Design Principles - 8th Edition, Electronic Industry Press, 2017

 [3] [US] Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin (Pet, Translated by Zheng Keugen, Operating System Concept (9th Edition of the original book), Machinery Industry Press, 2018

 [4] [US] Umakishore Ramachandran, William D. Leahy, Jr., Translated by Chen Wenyun, Computer Systems: High Integration of System Architecture and Operating System, Mechanical Press, 2015

[5] [US] Andrew S. Tanenbaum, [US] Albert S. Woodhull; Chen Yu, Jianweijun Translation, Operating System Design and Implementation, Electronic Industry Press, 2015

Prepared by Whom and When

Wu yimin，April 29,2019

课程代码

045101182

课程名称

操作系统

英文名称

Operating system

课程类别

学科基础课

课程性质

必修

学时

总学时：16实验：16上机：16

学分

3.5

开课学期

第四学期

开课单位

计算机科学与工程学院

适用专业

计算机科学与技术，网络工程，信息安全

授课语言

中文

先修课程

计算机组成与体系结构，数据结构

毕业要求（专业培养能力）

本课程对学生达到如下毕业要求有如下贡献：

1.工程知识：掌握扎实的基础知识、专业基本原理、方法和手段，能够将数学、自然科学、本专业基础知识和专业知识用于解决复杂工程问题，并接触和掌握计算机行业部分营运知识，为解决企业计算机工程实际复杂问题打下知识基础。

2.问题分析：能够应用数学、自然科学、本专业基本原理、方法和手段和计算机行业营运知识，识别、表达、并通过文献研究分析计算机工程中的复杂问题，以获得有效结论。

3.设计/开发解决方案：能够设计针对计算机工程复杂问题的解决方案，设计满足特定需求的计算机系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对计算机工程复杂问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

5.使用现代工具：能够针对计算机工程复杂问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对计算机工程复杂问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

课程培养学生的能力（教学目标）

实验是本课程重要的实践性教学环节，实验的目的不仅要帮助学生巩固和加深理解所学的理论知识，更重要的是要训练学生的实验技能，树立工程观点和严谨的科学作风，掌握系统程序设计、调试的基本方法。

课程简介

配合课程学习，学会操作系统的使用，利用操作系统提供的工具观察操作系统的行为。学会使用操作系统提供的API编写简单的系统程序。能整理分析实验数据，得出实验结论，写出整洁、条理清楚、内容完整的实验报告。

主要仪器设备与软件

台式计算机，16内存，1T硬盘，虚拟机管理软件，linux 操作系统，gcc编译器等

实验报告

要求

考核方式

占总成绩的20%

教材、实验指导书及教学参考书目

自编

制定人及发布时间

吴一民，2019.4.29

实验项目编号

实验项目名称

实验学时

实验内容提要

实验类型

实验要求

每组人数

主要仪器设备与软件

1

Linux操作系统的基本使用

2

Linux操作系统的基本使用

验证性

选做

1

台式计算机，16内存，1T硬盘，虚拟机管理软件，linux 操作系统，gcc编译器等

2

进程控制实验

2

进程控制实验

验证性

必做

1

3

线程控制

2

线程控制

验证性

必做

1

4

进程同步

4

进程同步互斥之睡觉的理发师问题，读者写者问题

综合性

必做

1

5

线程同步互斥

2

线程同步互斥

综合性

必做

1

6

文件查找命令的实现

2

文件查找命令的实现

综合性

必做

1

7

Unix shell的实现

4

Unix shell的实现

设计性

必做

1

8

Linux内核编译

4

Linux内核编译

设计性

选做

1

Course Code

045101182

Course Title

Operating System

Course Category

Disciplinary Basic Course

Course Nature

Compulsory Course

Class Hours

16

Credits

3.5

Semester

4

Institute

School of Computer Science & Engineering

Program Oriented

Computer Science and Technology,Network Engineering, InformationSecurity

Teaching Language

Chinese

Prerequisites

Computer Organization and Architecture，Data Structure

Student Outcomes (Special Training Ability)

Teaching Objectives

Experiment is an important practical teaching link of the course, the purpose is not only to theoretical knowledge to help students consolidate and deepen the understanding of the science, it is more important to train students' experiment skills, set up the engineering viewpoint and rigorous scientific attitude, master the basic method of program design, system test.

Course Description

Cooperate with the course learning, learn to use the operating system, use the operating system to provide tools to observe the behavior of the operating system. Learn to use the API provided by the operating system to write simple system programs. Able to organize and analyze experimental data, draw experimental conclusions, and write neat, clear and complete experiment reports.

Instruments and Equipments

PC，16G mem，1THd，vmware，linux Operating system，gcc compiler

Experiment Report

Required

Assessment

20% of the total

Teaching Materials and Reference Books

Prepared by Whom and When

Wu yimin，April 29, 2019

No.

Experiment Item

Class Hours

Content Summary

Category

Requirements

Number of StudentsEach Group

Instruments, Equipments and Software

1

Using Linux

2

Using Linux

Demonstration

Elective

1

PC，16G mem，1THd，vmware，linux Operating system，gcc compiler

2

Process Controlling

2

Process Controlling

Verification

Compulsory

1

3

Thread Controlling

2

Verification

Compulsory

1

4

Synchronization and mutual exclusion of Process

4

Synchronization and mutual exclusion of Process

Comprehensive

Compulsory

1

5

Synchronization and mutual exclusion of Thread

2

Synchronization and mutual exclusion of Thread

Comprehensive

Compulsory

1

6

Implementation of find command

2

Implementation of find command

Comprehensive

Compulsory

1

7

Implementation of Unix shell

4

Implementation of Unix shell

Design

Compulsory

1

8

Compiling kernel

4

Compiling linux kernel

Design

Elective

1