1、計算機科學與技術學院課 程 教 案學 期 2015/201-1 課程名稱 計算機操作系統綜合設計 授課對象 2013本科 學 時 數 32 教學大綱 計算機操作系統綜合設計教學大綱 2014 教材名稱 無 參考資料：1、 操作系統實驗教程，陸松年主編，訾小超，潘理，龔玲編著，電子工業出版社出版，2010年4月。2、 操作系統實驗教程，袁寶華編著，清華大學出版社，2010年01月。3、 操作系統實驗教程：核心技術與編程實例，顧寶根，王立松，顧喜梅編著，科學出版社出版，2003年02月。4、 計算機操作系統綜合設計指導書，自編。 主講教師 范太華 課程教學總體設計一、本課程的目的及要求計算機操作系

2、統綜合設計是計算機操作系統原理課程的實踐課程。過操作系統上機實驗，培養學生程序設計的方法和技巧，提高學生編制清晰、合理、可讀性好的程序的能力，加深對操作系統理論的理解。使學生更好地掌握操作系統的基本概念、基本原理及基本功能，具有分析現代操作系統，設計和開發簡單操作系統部分功能的基本能力。本課程要求學生具有一定的編程能力，熟悉鏈表、樹、棧等結構的學生能方便理解學習內容，但這些內容不是必須的。二、本課程的培養目標通過本實驗，使學生深入理解操作系統內核，掌握操作系統相關理論并能靈活實用操作系統理論；掌握操作系統例程的編寫方法，具備設計并實現部分操作系統函數的能力；熟練分析優秀操作系統內核結構及實現方

3、法。3、 教學環節安排本課程是是一門實踐性很強的課程，主要內容分為兩類：一類是驗證性實驗，一類是設計性實驗。全部內容分為8個實驗，其中驗證類2個，設計類6個。2個驗證性實驗為必做實驗；6個設計類實驗中，5個為必做實驗，其中一個為選做實驗。對于設計類實驗，原則上要求學生按照操作系統原來理論課程中的算法進行設計，實驗過程中，教師可以根據學生的設計情況，提共參考代碼供學生學習，但提供的代碼不應該是完整的代碼，必須要求學生通過分析、學習、完善完成實驗。在教學過程中，對于難道較大的設計類型實驗，教師可以提前安排實驗內容，要求學生提前做好設計，在實驗課堂進行調試。對于課堂沒有通過的學生，也允許學生實驗課后

4、進行補充完善，下次上課再進行驗收。4、 課程考核 實驗成績評定：實驗成績評定方式包含實驗報告成績、實驗過程成績兩個部分，其中實驗過程成績占70%、實驗報告成績占30%，如果其中任何一個成績不及格，則總成績按不及格處理。5、 參考資料 1. 操作系統實驗教程，陸松年主編 ，訾小超， 潘理 ，龔玲編著，電子工業出版社出版，2010年4月。 2.操作系統實驗教程，袁寶華編著，清華大學出版社，2010年01月。 3.操作系統實驗教程：核心技術與編程實例，顧寶根，王立松，顧喜梅編著， 科學出版社出版，2003年02月。 4. 計算機操作系統綜合設計指導書，自編。實驗內容 1、必做實驗序號實驗項目實驗內容

5、學時實驗類型(演示、驗證、綜合、設計研究)組數每組學生人數1進程創建模擬實現運行給定的參考程序，觀察進程創建的過程，并分析結果。2驗證4012進程同步模擬實現運行給定的參考程序，觀察P、V原語模擬實現進程同步的過程。2驗證4013進程撤銷模擬實現編寫程序，實現對進程的撤銷操作。通過不斷創建和撤銷進程，觀察進程的樹的變化。4設計研究4014進程調度模擬實現編寫程序，按某種調度算法實現對進程的模擬調度操作，分析比較不同調度算法的特點。4綜合4015死鎖預防實現編寫程序實現銀行家算法，動態進行資源申請、分配、安全性檢測并給出分配結果。4設計研究4016請求分頁系統頁面置換算法實現編寫程序，按某種算法

6、實現分頁系統的頁面置換。觀察不同算法的頁面置換情況，分析比較不同算法的特點。4設計研究4017磁盤調度管理實現編寫程序，設計多個磁盤調度請求，按某種磁盤調度算法實現動態調度并輸出調度序列。觀察不同算法的調度情況并比較異同點。4綜合4012、選開實驗序號實驗項目實驗內容學時實驗類型(演示、驗證、綜合、設計研究)組數每組學生人數1進程管理實現編寫程序模擬實現對進程的創建、撤銷、調度等管理。8綜合4012內存管理實現模擬管理64M內存塊，設計內存分配函數和內存回收函數，模擬實現動態分區分配和回收操作。8綜合4013文件系統設計編寫程序，模擬實現一個簡單的文件管理系統，能夠完成文件的創建、刪除、讀、寫

7、等操作。8綜合20-132-34EXE文件裝載實現在DOS環境下編寫一個可顯示本人姓名的程序并生成可執行文件；然后編寫裝載程序，把該可執行文件裝入內存中，執行并觀察結果。8綜合20-132-3計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗1 進程創建模擬實驗時間 第 周第 1 講基 本內 容1. 輸入給定代碼；2. 進行功能測試并得出正確結果。教 學目 標1. 理解進程創建相關理論；2. 掌握進程創建方法；3. 掌握進程相關數據結構。重 點難 點難點：1、進程的創建2、進程的釋放作 業思考：1. 進程創建的核心內容是什么？2. 該設計和實際的操作系統進程創建相比，缺少了哪些步驟？教 學 組 織教學情況

8、記錄1.本實驗是驗證性實驗，要求學生輸入給定的實驗原代碼并用自己熟悉的編譯程序進行編譯，然后運行并觀察運行結果。因此，首先：對學生詳細說明本次實驗的目的、任務及要求。實驗要求 1）分析進程創建函數createpc程序模塊； 2）畫出createpc函數程序流程圖； 3）撰寫實驗報告。測試要求 1）至少創建10個進程； 2）創建進程樹中4層以上的數型結構。2. 加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。3. 加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗2 P、V原語的模

9、擬實現時間 第 周第 2 講基 本內 容1. 輸入給定代碼；2. 進行功能測試并得出正確結果。教 學目 標1. 理解信號量相關理論；2. 掌握記錄型信號量結構；3. 掌握P、V原語實現機制。重 點難 點重點難點：P、V原語實現機制作 業思考：1. 如果修改wait操作，使之能一次申請多個信號量？2. 該設計和實際的P、V操作有什么異同點？教 學 組 織教學情況記錄1.本實驗針對操作系統中信號量相關理論進行實驗，要求實驗者輸入實驗指導書提供的代碼并進行測試。代碼主要模擬信號量的P操作（wait）和V操作（signal）。實驗要求1） 分析signal和wait函數功能模塊；2） 畫出signal

10、和wait函數流程圖；3） 撰寫實驗報告。測試要求1） 至少進行10次以上的wait和signal操作；2） 要求wait操作出現進程等待隊列；3） 對有等待隊列的信號量進行signal操作。2.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。3.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗3 進程撤銷模擬實現時間 第 周第 3 講基 本內 容1.采用動態或靜態方法生成一顆進程樹（進程數目20）；2.設計進程撤銷算法；3.實現進程撤銷函數，采用級聯方式撤銷；4.可動態撤銷進

11、程；5.可動態觀察進程樹的情況；6.測試程序并得到正確結果。教 學目 標1.理解進程撤銷相關理論；2.掌握進程撤銷流程。重 點難 點重點：設計程序實現進程的撤銷操作及操作過程難點：程序設計及撤銷操作處理作 業1.進程撤銷的核心內容是什么？2.可否采用其它的撤銷方法？教 學 組 織教學情況記錄1.簡要介紹進程控制的基本方法，以及操作系統中原語作用。向學生明確為什么要進行進程的撤銷操作。撤銷操作過程中應該要做什么樣的工作。通過本次設計實驗，要求學生進一步加深對操作系統中進程管理及進程撤銷的重要性及相關理論的理解。2.本次實驗是設計性實驗，要求學生自己根據操作系統原理教材中關于進程撤銷的有關流程，設

12、計程序實現進程的撤銷操作。由于前面已有進程創建源代碼，學生可以在前面進程創建的基礎上，設計進程撤銷程序，實現進程的撤銷操作。3.向學生明確本次設計實驗的要求： 實驗要求 1）編寫程序完成實驗內容； 2）畫出撤銷函數流程圖； 3）撰寫實驗報告。 測試要求 1）構建1棵進程樹，該樹至少包含4層； 2）對該樹中的多個進程進行刪除，至少對一個含有孫子進程的進程進行刪除。4.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。5.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗4 進程調度模

13、擬實現時間 第 周第 4 講基 本內 容1.設計可用于該實驗的進程控制塊，進程控制塊至少包括進程號、到達時間和要求服務時間；2.動態或靜態創建多個（10）進程；3.實現FCFS調度算法；4.可動態修改進程到達時間；5.調度所創建的進程并顯示調度結果。教 學目 標1.理解進程調度相關理論；2.掌握FCFS進程調度方法。重 點難 點重點：設計程序實現進程的調度操作及操作過程難點：程序設計及不同算法的調度操作處理作 業1.FCFS調度的優缺點是什么？2.短程調度還有哪些調度算法？教 學 組 織教學情況記錄1.簡要介紹進程調度的作用、類型及進程調度的重要性。向學生明確為什么要進行進程調度操作。調度操作

14、過程中應該要做什么樣的工作及注意事項。通過本次設計實驗，要求學生進一步加深對操作系統中進程管理及進程調度的重要性及相關理論的理解。2.本次實驗是一個綜合性實驗，要求學生自己根據操作系統原理教材中關于進程調度的有關流程，設計程序實現進程調度操作。由于前面已經實現進程創建和進程撤銷實驗，學生可以在前面進程創建的基礎上，共享已有的PCB數據結構設計進程調度程序，實現進程的調度操作。在調度算法選擇上，學生可以在先來先服務、短進程優先、高響應比優先、優先級調度、輪轉調度等算法中進行選擇，選擇其中的一種或多種調度算法進行調度實現。通過實驗，重點鍛煉學生對各種調度算法的分析理解。3.明確本次實驗的要求： 實

15、驗要求1） 編寫程序完成實驗內容；2） 畫出FCFS調度函數流程圖；3） 撰寫實驗報告。測試要求1） 要求測試結果至少包含進程號、到達時間、服務時間、開始執行時間，示例如下：進程號到達時間服務時間開始執行時間0030115322582） 可多次修改進程到達時間，進行多次調度并顯示結果。4.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。5.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗5 死鎖預防實現時間 第 周第 5 講基 本內 容編程實現銀行家算法動態進行資源申請、分配、

16、安全性檢測并給出分配結果。教 學目 標1.理解死鎖避免相關內容；2.掌握銀行家算法主要流程；3.掌握安全性檢查流程。重 點難 點重點：設計程序實現銀行家及操作過程難點：銀行家算法中資源分配和安全性檢查算法的實現作 業1.針對死鎖有哪些可行方案？2.死鎖解除的難點是什么？教 學 組 織教學情況記錄1.簡要介紹死鎖的概念、原因？如何處理死鎖？什么是死鎖的避免。向學生明確為什么要進行進程死鎖實驗。銀行家算法是如何避免死鎖的。通過本次設計實驗，要求學生進一步加深對操作系統中銀行家算法避免死鎖的的理解。2.本次實驗是設計性實驗，要求學生自己根據操作系統原理教材中關于銀行家算法的流程，設計程序實現資源分配

17、和安全性檢查。3.由于前面已經實現進程創建、進程撤銷、進程調度實驗，學生可以在前面實驗的基礎上，共享已有的PCB數據結構設計進行資源請求的進程，實現進程的資源請求隊列（當然學生也可以單獨設計資源請求的進程隊列），便于實驗末尾將前面的各個實驗組合成一個功能較完整的實驗程序。4.明確本次實驗的要求：實驗要求1) 編寫程序完成實驗內容；2) 畫出安全性檢測函數流程圖；3) 撰寫實驗報告。測試要求1) 進行Request請求，輸入參數為進程號、資源號和資源數；2) 進行3次以上的Request請求；3) 至少進行1次資源數目少于可用資源數，但不安全的請求。5.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性

18、問題單獨指導，對共性問題集中講解。特別注意學生在實驗設計中出現的算法理解方面的錯誤，及時予以糾正，保證實驗結果的正確性。6.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗6 請求分頁系統頁面置換算法實現時間 第 周第 6 講基 本內 容1.設計程序實現請求分頁系統中有關頁面置換算法教 學目 標1.理解頁面置換相關理論；2.掌握請求分頁系統中頁面置換算法。重 點難 點重點：設計程序實現某種頁面置換算法。難點：算法的程序實現。作 業1.改進型Clock算法和Clock算法有何異同點？2.頁面置換還有哪些算法

19、？教 學 組 織教學情況記錄1. 簡要介紹虛擬存儲管理中，請求分頁系統頁面置換的目的，頁面置換算法的類型、特點。明確本次實驗的目的內容，通過本次實驗應該到達的目的。2. 本次實驗屬于設計性實驗。指導學生在眾多算法中，選擇OPT、FIFO、LRU、CLOCK及改進算法中的某一種進行程序設計，從而實現某種算法的頁面置換。 3. 由于算法較多，學生可以自己設計一種或多種算法進行調式、測試并觀察結果；也可選擇一種算法進行設計，然后與其他同學的算法程序進行交換測試并觀察結果。觀察不同算法的頁面置換情況，分析比較不同算法的特點，加深對頁面置換算法的理解。4. 本次實驗要求： 實驗要求1） 編寫程序完成實驗

20、內容；2） 畫出頁面置換算法函數流程圖；3） 撰寫實驗報告。測試要求1） 修改頁面調用標志和修改標志5次以上；2） 進行3次以上頁面調度。5.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。特別注意學生在實驗設計中出現的算法理解方面的錯誤，及時予以糾正，保證實驗結果的正確性。6.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗7 磁盤調度管理實現時間 第 周第 7 講基 本內 容設計程序實現某種磁盤調度算法教 學目 標1.理解磁盤調度相關理論；2.掌握多種磁盤調度算法；3.徹底

21、掌握SCAN磁盤調度算法。重 點難 點重點：磁盤調度算法及實現。難點：磁盤調度算法的程序設計。作 業1.SCAN算法有哪些優缺點？2.SCAN與CSCAN有什么異同？教 學 組 織教學情況記錄1.簡要介紹磁盤調度的概念、類型及特點。不同磁盤調度算法對I/O時間的影響。明確本次實驗的目的、內容，通過本次實驗應該到達的目的。2.本次實驗屬于綜合性實驗。涉及進程、磁盤管理等方面。學生在設計過程中，涉及進程部分可以共享進程調度實驗中使用的進程數據結構。指導學生在眾多算法中，選擇FIFO、SSTF、SCAN、CSCAN算法中的某一種進行程序設計，從而實現某種算法的磁盤調度。 3.由于算法較多，學生可以自

22、己設計一種或多種算法進行調式、測試并觀察結果；也可選擇一種算法進行設計，然后與其他同學的算法程序進行交換測試并觀察結果。觀察不同算法的頁面置換情況，分析比較不同算法的特點，加深對頁面置換算法的理解。4.本次實驗要求： 實驗要求:1） 編寫程序完成實驗內容；2） 畫出所設計調度算法的調度函數流程圖；3） 撰寫實驗報告。測試要求:1） 進行3次以上的調度測試；2） 修改3次以上開始磁道數據。5.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。特別注意學生在實驗設計中出現的算法理解方面的錯誤，及時予以糾正，保證實驗結果的正確性。6.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一

23、個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗8 進程管理實現時間 第 周第 8 講基 本內 容1. 設計程序實現進程管理2. 完成進程的創建、撤銷、調度等操作教 學目 標1. 掌握進程管理的基本方法。2. 掌握進程控制過程中進程創建、撤銷及進程調度的基本方法。重 點難 點重點：進程的創建、撤銷、調度過程的程序設計。難點：程序設計。作 業教 學 組 織教學情況記錄1. 簡要介紹操作系統中進程管理的重要性，進程管理中的進程管理基本內容，著重介紹進程創建、撤銷、調度等的實現方法。明確本次實驗的目的、內容，通過本次實驗應該到達的目的。2. 本次實驗

24、是一個綜合實驗，實驗內容涉及進程創建、撤銷、調度等基本操作。學生在實驗設計過程中，對于創建和撤銷可以共享前面實驗過程中使用的進程創建、進程撤銷實驗源代碼。3. 在進程調度過程的設計中，由于進程調度涉及到眾多調度算法，不同應用目的操作系統也使用不同的調度算法，學生在設計過程中可以選擇一種或以上的算法進行程序設計，并觀察程序運行結果，進一步加深對程序創建、撤銷調度方法的理解。4.本次實驗要求： 實驗要求:1）編寫程序完成實驗內容；2）畫出進程管理的流程圖；3）撰寫實驗報告。測試要求:1）進行3次以上的調度測試；2）修改3次以上的進程調度參數。5.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指

25、導，對共性問題集中講解。特別注意學生在實驗設計中出現的算法理解方面的錯誤，及時予以糾正，保證實驗結果的正確性。6.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗8內存管理實現時間 第 周第 8 講基 本內 容1.設計內存管理程序模擬管理64M內存塊。2.設計內存分配函數和內存回收函數，模擬實現動態分區分配和回收操作。教 學目 標1. 掌握內存管理的基本方法。2. 掌握內存管理中動態分區分配方法的原理及分配與回收操作。重 點難 點重點：模擬64內存管理的基本方法。難點：管理、分配與回收程序設計。作 業教

26、學 組 織教學情況記錄1.簡要介紹操作系統中內存管理的重要性，內存管理的基本方法，特別是動態分區管理的方法、特點及數據結構。明確本次實驗的目的、內容，通過本次實驗應該到達的目的。2.本次實驗是一個綜合實驗，實驗內容涉及內存管理中的動態分區分配方法，包括內存的管理、內存的分配方法及回收?；厥者^程中，對于不同的內存區域，必須采用不同的回收處理。學生在實驗設計過程中，對于實驗過程中使用的進程，可以共享前面實驗使用的進程數據結構。3.本次實驗要求： 實驗要求:1）編寫程序完成實驗內容；2）畫出內存動態分區管理的流程圖；3）撰寫實驗報告。測試要求:1）進行3次以上的內存分配、回收管理測試；2）修改3次以

27、上的進程請求參數。5.加強實驗過程的指導，對實驗過程中出現的個性問題單獨指導，對共性問題集中講解。特別注意學生在實驗設計中出現的算法理解方面的錯誤，及時予以糾正，保證實驗結果的正確性。6.加強實驗結果的檢查和過程成績評定。對每一個學生的實驗結果進行檢查，根據實驗完成情況客觀評定過程成績。計算機科學與技術學院課程教案章 節實驗8 文件系統設計時間 第 周第 8 講基 本內 容1. 編寫程序，模擬實現一個簡單的文件管理系統2. 文件系統能夠完成文件的創建、刪除、讀、寫等操作。教 學目 標1. 通過文件系統設計，掌握操作系統中的文件管理方法。2. 掌握操作系統中文件系統管理的基本操作。重 點難 點重

28、點：文件系統的設計，實現對文件的基本操作。難點：文件系統的架構及實現。作 業教 學 組 織教學情況記錄1.文件系統是操作系統中的重要功能，數據的存儲、管理等都有文件系統來實現。簡要介紹操作系統中文件管理的重要性，文件管理中的文件創建、刪除、都、寫等操作的實現方法。明確本次實驗的目的、內容，通過本次實驗應該到達的目的。4. 本次實驗是一個綜合實驗，實驗內容涉及文件系統的設計，及文件系統中的文件創建、刪除、讀、寫等功能的實現。學生在實驗設計過程中，可以按2-3人為組組成團隊進行設計。5. 在文件系統功能設計過程中，不能采用系統調用的方式進行文件的創建、刪除、讀、寫等操作，應該自己設計程序，建立一個虛擬的文件系統，模擬實現文件管理操作功能。4.本次實驗要求： 實驗