第1章 操作系统概述

《操作系统》课程教案第一章：操作系统概述1.1 教学目标了解操作系统的定义、功能和作用掌握操作系统的基本组成和分类理解操作系统的历史和发展1.2 教学内容操作系统的定义和作用操作系统的组成：内核、shell、文件系统、设备驱动程序操作系统的分类：批处理系统、分时系统、实时系统、分布式系统操作系统的历史和发展1.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统的概念和发展历程通过实例分析，让学生了解操作系统的组成和作用开展小组讨论，比较不同类型的操作系统1.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统的定义、功能、组成和分类实例：Windows、Linux、macOS等操作系统的特点1.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统的概念和组成的掌握情况小组讨论：评估学生对不同类型操作系统的理解和分析能力课后作业：巩固学生对操作系统知识的学习第二章：进程管理2.1 教学目标了解进程的定义和作用掌握进程管理的基本方法和策略理解进程同步和互斥的概念2.2 教学内容进程的定义和作用进程管理的基本方法：进程调度、进程同步、进程互斥进程同步和互斥的实现：信号量、管程、事件等2.3 教学方法采用讲授法，介绍进程的定义和作用通过实例分析，让学生了解进程管理的方法和策略开展小组讨论，探讨进程同步和互斥的实现方式2.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：进程的定义、进程管理的方法和策略、进程同步和互斥的概念实例：进程调度算法、信号量的使用2.5 教学评估课堂问答：了解学生对进程的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对进程管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对进程同步和互斥知识的学习第三章：内存管理3.1 教学目标了解内存的定义和作用掌握内存管理的基本方法和策略理解内存分配和回收的原则3.2 教学内容内存的定义和作用内存管理的基本方法：分页、分段、虚拟内存内存分配和回收的原则：首次适应法、最佳适应法、最坏适应法3.3 教学方法采用讲授法，介绍内存的定义和作用通过实例分析，让学生了解内存管理的方法和策略开展小组讨论，探讨内存分配和回收的原则3.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：内存的定义、内存管理的方法和策略、内存分配和回收的原则实例：分页算法、分段算法、虚拟内存的实现3.5 教学评估课堂问答：了解学生对内存的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对内存管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对内存分配和回收知识的学习第四章：文件管理4.1 教学目标了解文件的定义和作用掌握文件管理的基本方法和策略理解文件系统的结构和组织方式4.2 教学内容文件的定义和作用文件管理的基本方法：文件的创建、删除、打开、关闭等文件系统的结构和组织方式：目录结构、文件存储方式、文件访问控制4.3 教学方法采用讲授法，介绍文件的定义和作用通过实例分析，让学生了解文件管理的方法和策略开展小组讨论，探讨文件系统的结构和组织方式4.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：文件的定义、文件管理的方法和策略、文件系统的结构和组织方式实例：Linux、Windows等操作系统中的文件管理4.5 教学评估课堂问答：了解学生对文件的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对文件管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对文件系统结构和组织方式知识的学习第五章：设备管理5.1 教学目标了解设备的定义和作用掌握设备管理的基本方法和策略理解设备驱动程序第六章：设备管理（续）5.2 教学内容设备驱动程序：概念、作用和实现方式设备管理的基本方法：设备分配、设备请求调度、设备控制设备管理的高级主题：I/O中断处理、DMA传输、虚拟设备5.3 教学方法采用讲授法，介绍设备驱动程序的概念和作用通过实例分析，让学生了解设备管理的方法和策略开展小组讨论，探讨设备管理的高级主题5.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：设备驱动程序的概念、设备管理的方法和策略、设备管理的高级主题实例：硬盘驱动程序、打印机驱动程序、I/O中断处理5.5 教学评估课堂问答：了解学生对设备驱动程序的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对设备管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对设备管理高级主题知识的学习第七章：操作系统用户界面7.1 教学目标了解操作系统的用户界面的定义和作用掌握操作系统用户界面的基本设计和实现方法理解图形用户界面(GUI)和命令行用户界面(CLI)的差异和优缺点7.2 教学内容用户界面的定义和作用用户界面的基本设计原则：用户友好性、易用性、可访问性GUI和CLI的设计和实现方法：窗口管理、事件处理、命令解析7.3 教学方法采用讲授法，介绍用户界面的定义和作用通过实例分析，让学生了解用户界面的设计和实现方法开展小组讨论，探讨GUI和CLI的差异和优缺点7.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：用户界面的定义、用户界面的设计和实现方法、GUI和CLI的差异和优缺点实例：Windows操作系统、Linux终端、macOS的Finder7.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统用户界面的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对用户界面设计和实现方法的理解能力课后作业：巩固学生对GUI和CLI差异和优缺点知识的学习第八章：操作系统安全8.1 教学目标了解操作系统安全的定义和重要性掌握操作系统安全的基本机制和策略理解操作系统的安全威胁和防护措施8.2 教学内容操作系统安全的定义和重要性安全机制：访问控制、身份验证、加密、审计安全策略：最小权限原则、安全分层模型、安全内核常见安全威胁：恶意软件、漏洞攻击、social engineering防护措施：防火墙、入侵检测系统、安全更新8.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统安全的定义和重要性通过实例分析，让学生了解安全机制和策略开展小组讨论，探讨安全威胁和防护措施8.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统安全的定义、安全机制和策略、安全威胁和防护措施实例：操作系统安全漏洞案例分析、安全防护工具的使用8.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统安全的定义和重要性的掌握情况小组讨论：评估学生对安全机制和策略的理解能力课后作业：巩固学生对操作系统的安全威胁和防护措施知识的学习第九章：操作系统性能分析9.1 教学目标了解操作系统性能的定义和重要性掌握操作系统性能分析的基本方法和工具理解操作系统性能优化和调优的策略9.2 教学内容操作系统性能的定义和重要性性能分析方法：基准测试、模拟、监控和分析工具性能评价指标：响应时间、吞吐量、资源利用率性能优化策略：进程调度优化、内存管理优化、文件系统优化9.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统性能的定义和重要性通过实例分析，让学生了解性能分析方法和工具开展小组讨论，探讨性能优化和调优的策略9.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统性能的定义、性能分析方法和工具、性能优化和调优的策略实例：操作系统性能监控工具（如top, vmstat）的使用、性能优化的案例分析重点和难点解析1. 操作系统的定义和作用：理解操作系统作为计算机系统核心组件的基本概念，以及它在资源管理、程序执行和用户界面方面的关键作用。

第一章操作系统概述1操作系统：是管理系统资源，控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。

2操作系统功能：a处理器管理b存储管理c设备管理d文件管理e网络与通信管理f用户接口3操作系统的主要特性：并发性，共享性，异步性并发性：两个或两个以上的活动或时间在同一时间间隔内发生，其实质是对有限的物理资源强行复用，供多用户共享以提高效率并行性：两个或两个以上的活动或事件在同一时刻发生并发性和并行性的关系：并行活动一定是并发的，反之并发活动未必是并行的，并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展4多道程序设计基本思想多道程序设计是指允许多个作业同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法，也就是说，主存中多个相互独立的程序处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序设计都处于运行过程中，但尚未运行结束；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用cpu交替地执行，引入多道程序设计技术，可以提高cpu的利用率，充分发挥计算机硬部件的并行性5内核及其属性内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序内核的功能：资源抽象，资源分配，资源共享内核的属性：a内核是由中断驱动的b内核是不可抢占的c内核部分程序在屏蔽中断状态下执行d内核可使用特权指令6API，库函数和系统调用第二章处理器管理1特权指令和非特权指令，访管指令，原语特权指令：指仅供内核程序使用的指令，如启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽位，清空主存，建立存储键，加载psw等敏感性操作内核能够执行全部指令，应用程序只能使用非特权指令访管指令包括操作码和访管参数两部分，前者表示此指令时访管指令，后者则表示具体的访管要求原语是在管态下执行，完成系统特定功能的过程，其特点是执行过程中不允许被中断。

《操作系统》教案（第一至第五章）一、教案概述本教案主要针对《操作系统》课程的五个章节进行详细的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤和教学评价等方面。

通过本教案的学习，学生将掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。

二、教学目标1. 了解操作系统的概念、发展和分类。

2. 掌握操作系统的主要功能和架构。

3. 理解进程管理、内存管理、文件管理和设备管理的基本原理。

4. 学习操作系统的设计方法和实现技术。

三、教学内容第一章：操作系统概述1. 操作系统的概念和发展历程2. 操作系统的目标和功能3. 操作系统的分类和特点第二章：操作系统架构1. 操作系统的主要组件2. 操作系统的层次结构3. 操作系统的接口和API第三章：进程管理1. 进程的概念和特性2. 进程的状态和转换3. 进程调度算法4. 进程同步与互斥5. 死锁与饥饿问题第四章：内存管理1. 内存分配与回收策略2. 内存分页和分段3. 虚拟内存技术4. 页面置换算法5. 内存保护机制第五章：文件管理1. 文件和目录的概念2. 文件系统的组织结构3. 文件存储分配策略4. 文件访问控制5. 磁盘空间管理和文件备份策略四、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。

2. 案例分析法：分析实际操作系统案例，加深对原理的理解。

3. 实验法：通过上机实验，巩固理论知识。

4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力。

五、教学步骤1. 引导：介绍本章主题，激发学生兴趣。

2. 讲解：详细讲解本章的核心概念和原理。

3. 案例分析：分析实际案例，加深学生对原理的理解。

4. 练习与讨论：布置练习题，组织小组讨论。

5. 总结：对本章内容进行归纳和总结。

六、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况。

2. 练习题：评估学生对知识的掌握程度。

3. 实验报告：评价学生的实践操作能力。

4. 小组讨论报告：评估学生的团队合作和沟通能力。

七、教学资源1. 教材：选用权威、实用的操作系统教材。

第一章操作系统概述课后习题1. 硬件将处理机划分为两种状态，即管态和目态，这样做给操作系统设计带来什么好处 ? 答：便于设计安全可靠的操作系统。

管态和目态是计算机硬件为保护操作系统免受用户程序的干扰和破坏而引入的两种状态。

通常操作系统在管态下运行，可以执行所有机器指令；而用户程序在目态下运行，只能执行非特权指令。

如果用户程序企图在目态下执行特权指令，将会引起保护性中断，由操作系统终止该程序的执行，从而保护了操作系统。

2. 何为特权指令?举例说明之。

如果允许用户执行特权指令，会带来什么后果？答：只能在态下才能执行的指令称为特权指令。

如开关中断、置程序状态寄存器等。

如果允许用户执行特权指令，它将不仅影响当前运行的程序，而且还有可能影响操作系统的正常运行，甚至整个系统。

3. 中断向量在机器中的存储位置是由硬件确定的，还是由软件确定的 ? 答：中断向量在机器中的位置是由硬件确定的。

例如，在 INTEL 80x86 CPU 中，内存空间0x00000——0x003ff为中断向量空间。

4. 中断向量的内容是由操作系统程序确定的还是由用户程序确定的？答：中断向量的内容是由操作系统程序确定的。

向量的内容包括中断处理程序的入口地址和程序状态字（中断处理程序运行环境），中断处理程序是由操作系统装入内存的，操作系统将根据装入的实际地址和该中断处理程序的运行环境来填写中断向量。

5. 中断向量内的处理机状态位应当标明是管态还是目态 ? 为什么? 答：应当标明是管态。

该状态由系统初试化程序设置，这样才能保证中断发生后进入操作系统规定的中断处理程序。

6. 中断和程序并发之间的关系是什么？答：中断是程序并发的必要条件。

如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法对处机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。

7. 说明“栈”和“堆”的差别．答：栈是一块按后进先出（FIFO）规则访问的存储区域，用来实现中断嵌套和子程序调用的参数和返回断点。

计算机操作系统课后答案计算机操作系统课后答案第一章：操作系统概述1.1 操作系统的定义与作用操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供统一的接口和服务。

1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展经历了批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统等阶段，逐步提高了计算机的效率和可靠性。

1.3 操作系统的功能和特点操作系统的功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理等。

其特点包括并发性、共享性、虚拟性和异步性等。

第二章：进程管理2.1 进程的概念和属性进程是程序在执行过程中的一个实例，具有独立的地址空间和执行状态。

2.2 进程的调度算法常见的进程调度算法有先来先服务调度、短作业优先调度、高响应比优先调度和时间片轮转调度等。

2.3 进程同步与通信进程同步是指协调多个进程之间的执行顺序，进程通信是指进程之间的数据交换和共享。

第三章：内存管理3.1 内存管理的基本概念内存管理包括内存的分配和回收，以及地址转换和内存保护等操作。

3.2 内存分配的算法常见的内存分配算法有首次适应、最佳适应和最坏适应等。

3.3 虚拟内存的实现原理虚拟内存通过将主存和辅存进行映射，将不常用的数据和程序置换到辅存中，以提高内存利用率。

第四章：文件管理4.1 文件的概念和组织方式文件是存储在存储介质上的数据集合，文件组织方式包括顺序文件、索引文件和哈希文件等。

4.2 文件共享与保护文件共享是指多个进程可以同时访问同一个文件，文件保护是指对文件进行权限和访问控制。

4.3 文件系统的实现原理文件系统通过文件目录和文件控制块来管理文件和目录的存储和访问。

第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念设备管理包括设备的分配和回收，以及设备的驱动程序和设备控制器等。

5.2 设备独立性和设备分配算法设备独立性是指操作系统对设备的不同类型进行统一管理，设备分配算法有等待队列调度和优先级调度等。

5.3 设备中断和错误处理设备中断是指设备发出的中断信号，操作系统需要及时响应并处理中断。

第一章操作系统概述1.操作系统主要特征是什么？操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以方便用户使用的程序集合。

2.“操作系统是控制硬件的软件”这一说法确切吗？为什么？不正确，因为操作系统不仅仅是控制硬件，同时它还控制计算机的软件。

第二章进程与线程1.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？①为了从变化角度动态地分析研究可以并发执行的程序，真实的反应系统的独立性、并发性、动态性和相互制约，操作系统中不得不引入进程的概念。

②为了防止操作系统及其关键的数据结构受到用户程序破坏，将处理机分为核心态和用户态。

对进程进行创建、撤销以及在某些进程状态之间的转换控制。

2.假设系统就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔300ms轮换一次，CPU在进程切换时所花费的时间是10ms，试问系统化在进程切换上的开销占系统整个时间的比例是多少？就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔进程的运行时间是300ms，切换另一个进程所花费的总时间是10ms，隐刺系统化在进程切换上的时间开销占系统整个时间的比例是：10//(300+10)=3.2%.3.试述线程的特点及其与进程之间的关系。

答：线程是进程内的一个相对独立的运行单元，是操作系统调度和分派的单位。

线程只拥有一点必不可少的资源（一组寄存器和栈），但可以和铜属于一个进程的其他线程共享进程拥有的资源。

关系：1>线程是进程的一部分，是进程内的一个实体；一个进程可以有多个线程，但至少必须有一个线程。

一个线程只能在一个进程的地址空间内活动；2>进程资源的拥有者，同一个进程的多个线程共享该进程占有的所有资源；3>处理机分配给进程，线程是系统的调度单位。

1．这种策略一方面照顾了短进程，一个进程如果在100ms运行完毕它将退出系统，更主要的是照顾了I/O量大的进程，进程因I/O进入阻塞队列，当I/O完成后它就进入了高优先级就绪队列，在高优先级就绪队列等待的进程总是优于低优先级就绪队列的进程。