课程概况
计算机 *** 作系统是中央电大计算机科学与技术专业(本科)的一门统设必修课。课程教学总学时72,4学分,开设一学期。前修课程为计算机组成原理、面向对象程序设计和数据结构。
计算机 *** 作系统课是计算机专业的重要课程之一,通过学习使学员掌握计算机 *** 作系统的设计基本原理及组成;计算机 *** 作系统的基本概念和相关的新概念、名词及术语;了解计算机 *** 作系统的发展特点和设计技巧和方法;对常用计算机 *** 作系统(DOS、Windows和UNIX或Linux)会进行基本的 *** 作使用。
• 课程主要内容
主要内容包括:计算机 *** 作系统概述、作业管理、文件管理、存储管理、输入输出设备管理、进程及处理机管理、 *** 作系统结构及程序设计。
二、教学内容体系及教学要求
第一章 *** 作系统概述
教学内容:
*** 作系统定义及发展; *** 作系统的形成和五大类型; *** 作系统的五大功能;表征 *** 作系统的属性; *** 作系统的配置、“生成”概念
教学要求:
熟练掌握:什么是 *** 作系统;知道 *** 作系统有五大类型和五大功能;
掌握:至少掌握一种实际揽 *** 作系统的安装、使用和维护;
了解:初步了解如何认识、熟悉和解剖 *** 作系统
第二章 人机交互界面、任务、作业管理
教学内容:
人机交互界面的发展特点;第一、二、三代界面开发特点;基本的键盘命令和系统调用 *** 作系统Shell语言;作业调度算法;
教学要求:
熟练掌握:能进行一些人机接口界面的设计;
掌握:掌握 *** 作系统人机接口界面的基本设计思想;
了解: *** 作系统传统的接口界面
第三章 文件管理
教学内容:
文件管理的任务与功能;文件的结构与分类;文件的物理结构和逻辑结构;文件的目录结构;文件的存取控制和安全机制;文件系统与模型结构;
教学要求:
熟练掌握:文件的基本存取控制和系统管理;
掌握:文件系统的目录分类管理特点;
了解:文件系统的编程设计
第四章 内部存储管理
教学内容:
内存的分区、分页、分段管理概念;物理地址与逻辑地址;内存“扩充”技术;页式存储管理;段式存储管理;内存的分配算法
教学要求:
熟练掌握:内存管理中基本分配和调度方法;
掌握:掌握内存管理中各种分区、分页和分段方法的特点;
了解:内存空间的有效利用
第五章 输入输出设备管理
教学内容:
输入输出设备功能与分类;独享、共享、虚拟设备的管理特点;输入输出设备处理程序;输入输出设备的管理策略;
教学要求:
熟练掌握:掌握输入输出设备的管理特点;
掌握:掌握输入输出设备的分类设计方法;
了解:输入输出设备处理程序的编程要点
第六章 低级处理机管理
教学内容:
*** 作系统核心功能;“进程”概念;进程的并发与并行;进程的基本状态与转换;进程调度算法;进程的同步与互斥;进程的P—V *** 作;“死锁”概念;
教学要求:
熟练掌握: *** 作系统核心运行与“进程”的基本概念;
掌握:“进程”的基本转换状态与应用特点;
了解:进程调度算法的程序编制
第七章 *** 作系统程序结构
教学内容:
*** 作系统的层次、模块结构; *** 作系统的设计与检测;
教学要求:
本章教学基本要求:了解现代计算机 *** 作系统的基本设计思想与方法
三、课程教学媒体说明
本课程使用的教学媒体主要有:文字教材、录像教材和网上教学辅导。
1. 文字教材
《计算机 *** 作系统》(第2版)吴企渊著清华大学出版社
注:课程实验含在主教材中。
文字教材为该课程的主媒体。文字教材的编写既保持了学科体系的先进性、科学性,又兼顾 *** 作系统的理论、技术、实现三方面的融合,并强调能力的培养。
2. 录像教材
该课程已经制作16讲课程录像,每讲50分钟,讲授课程的重点、难点、课程总结。帮助学生理解,建立 *** 作系统的整体概念和思想,由吴企渊教授主讲。
课程录像与文字教材相对应,注意发挥录像教材艺术表现力、形象化教学的作用。
3.网上教学辅导
网上教学辅导与上述媒体有机配合,有几方面作用:(1)发布教学指导性文件、课程公告、问题咨询、参考资料;(2)按照教学进度,发布辅导文章,刊登练习自测题;(3)在课程论坛上进行实时答疑和日常答疑;(4)开展网上的教师培训和教学研讨等工作。
文字教材是学生学习的基本依据,录像教材是文字教材的补充,网上辅导则是教与学交互的便捷方式。总之,多种媒体的分工和搭配为学生提供较大的自学空间,便于学生自由选择、自主学习,提高学生的自学能力。
四、教学安排建议
1. 课程主教材及课程实验教学安排建议
教学点请根据中央电大的统一要求安排课程的面授辅导,见表1。
表1 课程主教材及课程实验教学安排建议
周次 教学内容 建议学时 实验内容 建议学时
一 *** 作系统课程教学安排概况介绍 2
二 *** 作系统定义、五大类型和五大功能 4
三 人机交互界面管理 2 Linux实践准备 1
四 作业管理任务调度 4
五 文件管理的任务和功能 2 Linux *** 作命令使用 1
六 文件的逻辑结构和物理结构 4
七 存储管理的任务和功能 2 命令解释程序编制 2
八 分区式分配存储管理 4
九 页式、段式分配存储管理 6 作业调度模拟编程 4
十 设备管理的任务和功能 2
十一 设备分配技术和管理 4 存储管理设计 4
十二 进程的定义和特征 4
十三 进程调度与通信 6 进程调度模拟编程 4
十四 死锁的产生和处理 2
十五 *** 作系统的层次模块结构 4
十六 (总复习) 4
总计 56 16
课程录像内容,见表2。
表2 录像教材内容
章 教学内容 课内学时 录像学时分配
一 *** 作系统概述 8学时 4
二 作业管理 8学时 2
三 文件管理 8学时 2
四 存储管理 8学时 2
五 设备管理 8学时 2
六 进程管理 10学时 4
七 *** 作系统程序结构 6学时 0
总计 56学时 16
2、网上辅导
网上辅导内容包括课程的教学文件、课程辅导、网络课堂。充分利用网络资源,定期与不定期的在网上提供有关的课程辅导材料,根据教学需要,适当安排网上辅导和考前答疑活动。具体安排如下:
• 教学文件
包括课程说明、教师介绍、教学大纲、教学设计方案。
• 课程辅导
包括课程作业及解答、专题辅导、练习和解答、期末自测、考核说明等;网上还提供了教师讲课教案,供各教学点教学使用。
• 网络课堂
包括直播课堂和IP课件。
网上教学活动:中央电大一般将每学期集中安排1次对学生的实时在线辅导,和1次对教师的教研活动。具体的时间安排每学期在电大在线主页上公布。
• 论坛:进行课程的日常答疑。
3、直播课堂
课程首开学期,通过教育电视台直播方式,安排4次直播课堂,每次50分。前3讲为对教学重点、难点,对教学过程中反映的共性问题和有代表性的问题进行辅导,后1讲为复习辅导和有关考试说明。直播课堂的内容挂在课程网页内。
4、作业
该课程有一份形成性考核册,即课程作业册。作业成绩计入课程总成绩。中央电大将不定期地抽查作业,检查作业的评审及完成情况。
关于课程考核的具体内容,请参考中央电大“计算机 *** 作系统课程考核说明”。
五、教学方法的建议
• 教学建议
(1)计算机 *** 作系统是实践性较强的课程。其特点是概念多、涉及面广。要求教学辅导要由浅入深对易混淆的概念加以详细说明,对每章的重点,管理和控制的调度算法技巧作详细介绍。
(2)在实验中着重培养学员熟练使用 *** 作系统,以及在维护 *** 作系统工作中的分析问题和解决问题能力。
• 学习建议
(1)学习 *** 作系统要从宏观和微观两方面把握。在宏观上要认识 *** 作系统在计算机系统中的地位,清楚 *** 作系统的整体结构;微观方面应掌握 *** 作系统是如何管理计算机的各种资源的(进程、处理机、存储器、文件、设备),理解有关概念、原理及技术。
(2) *** 作系统是计算机技术与管理技术的结合,学习时可以联想日常生活中熟悉的管理示例反复体会 *** 作系统的管理方法,以加深对问题的理解。
(3)注意加强对自主学习能力和动手能力的培养,努力实现“学以致用”的目标。
页面置换算法一.题目要求:
通过实现页面置换算法的FIFO和LRU两种算法,理解进程运行时系统是怎样选择换出页面的,对于两种不同的算法各自的优缺点是哪些。
要求设计主界面以灵活选择某算法,且以下算法都要实现 1) 最佳置换算法(OPT):将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。
2) 先进先出算法(FIFO):淘汰最先进入内存的页面,即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
3) 最近最久未使用算法(LRU):淘汰最近最久未被使用的页面。 4) 最不经常使用算法(LFU) 二.实验目的:
1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU,LFU四种置换算法。 2、熟悉内存分页管理策略。 3、了解页面置换的算法。 4、掌握一般常用的调度算法。 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 三、设计要求
1、编写算法,实现页面置换算法FIFO、LRU;
2、针对内存地址引用串,运行页面置换算法进行页面置换; 3、算法所需的各种参数由输入产生(手工输入或者随机数产生); 4、输出内存驻留的页面集合,页错误次数以及页错误率;
四.相关知识:
1.虚拟存储器的引入:
局部性原理:程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分;相应的,它所访问的存储空间也局限于某个区域,它主要表现在以下两个方面:时间局限性和空间局限性。
2.虚拟存储器的定义:
虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
3.虚拟存储器的实现方式:
分页请求系统,它是在分页系统的基础上,增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。
请求分段系统,它是在分段系统的基础上,增加了请求调段及分段置换功能后,所形成的段式虚拟存储系统。
4.页面分配:
平均分配算法,是将系统中所有可供分配的物理块,平均分配给各个进程。 按比例分配算法,根据进程的大小按比例分配物理块。
考虑优先的分配算法,把内存中可供分配的所有物理块分成两部分:一部分按比例地分配给各进程;另一部分则根据个进程的优先权,适当的增加其相应份额后,分配给各进程。
5.页面置换算法:
常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 五、设计说明
1、采用数组页面的页号
2、FIFO算法,选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰;
分配n个物理块给进程,运行时先把前n个不同页面一起装入内存,然后再从后面逐一比较,输出页面及页错误数和页错误率。
3、LRU算法,根据页面调入内存后的使用情况进行决策;
同样分配n个物理块给进程,前n个不同页面一起装入内存,后面步骤与前一算法类似。
选择置换算法,先输入所有页面号,为系统分配物理块,依次进行置换: 六.设计思想:
OPT基本思想:
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。每当发生缺页时,就从物理块中找出最后访问时间最大的页面,调出该页,换入所缺的页面。
FIFO基本思想:
是用队列存储内存中的页面,队列的特点是先进先出,与该算法是一致的,所以每当发生缺页时,就从队头删除一页,而从队尾加入缺页。或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间,每次需要置换时换出进入时间最小的页面。
LRU基本思想:
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]标记页面的访问时间。每当使用页面时,刷新访问时间。发生缺页时,就从物理块中页面标记最小的一页,调出该页,换入所缺的页面。 七.流程图:
如下页所示
六.运行结果: 1. 按任意键进行初始化:
2. 载入数据:
3. 进入置换算法选择界面:
4.运算中延迟 *** 作:
5.三种算法演示结果:
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