操作系统第一章
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《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。
全国高等教育自学考试指定教材ISBN 978 – 7 – 111 – 58185 – 7本书分为六章,重点阐述操作系统内核设计和实现的原理,包括操作系统内核作为一种复杂软件涉及的硬件,数据结构,算法,策略。
第一章阐述操作的作用、功能、发展、特征、指令的执行过程。
附录部分,给出了部分课后习题的参考答案。
本书是高等教育自学考试计算机信息管理专业(独立本科段)、计算机及应用专业(专科)的指定教材,也可作为高等院校本科及专科相关的专业教材及工程技术人员的参考资料。
识记领会简单应用综合应用目录第一章操作系统简介第一节什么是操作系统第二节操作系统的发展第三节操作系统的特征第四节操作系统功能第五节操作系统的体系结构第六节指令的执行第一章操作系统简介计算机操作系统的设计与实现技术是计算机科学领域的一个重要研究课题,也是计算机科学相关领域的工作者理解计算机工作基本原理、深入认识计算机软件系统结构等不同角度简要介绍操作系统。
目的是使读者了解什么是操作系统,操作系统能做什么,为什么计算机系统中需要操作系统的支持。
为了使读者更好地理解后续章节的内容,在本章的最后一节还将介绍指令的执行过程。
第一节什么是操作系统操作系统(Operating System,OS)是一种负责的系统软件,是不同程序代码、数据结构、数据初始化文件的集合,可执行。
例如,常用的Linux、Windows7和Windows10等。
通常所说的装“系统”,就是指装“操作系统”。
操作系统提供计算机用户与计算机硬件之间的接口,并管理计算机软件和硬件资源。
操作系统本身并不向用户提供可直接使用的功能,一台仅装有操作系统的计算机对用户而言几乎是没用的,但是它为用户可直接使用的应用程序的运行提供了环境,并为应用程序的开发提供平台,使应用程序的简单和高效。
操作系统是覆盖在计算机上的第一层软件,编译程序,数据库管理系统及其他应用程序都运行在操作系统之上,操作系统为这些软件提供运行环境。
1.在计算机系统中配置操作系统的主要目的是提高系统资源的利用率,操作系统的主要功能是管理计算机系统中的资源,其中包括处理机、存储器以及文件和设备。
这里的处理机管理主要是对进程进行管2.操作系统有多种类型:允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统,称为分时操作系统;允许多个用户将若干个作业提交给计算机系统集中处理的操作系统称为批处理操作系统;在实时操作系统的控制下,计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据,并做出响应;在IBM- PC机上的操作系统称为微机操作系统3.操作系统是一种系统软件它负责为用户和用户程序完成所有与硬件相关并与应用无关的工作,高级程序设计语言的编译不是操作系统关心的主要问题。
4.用户在程序设计过程中,可通过系统调用获得操作系统的服务。
5.在0S中采用多道程序设计技术,能有效地提高CPU,内存和I/O设备的利用率,为实现多道程序设计需要有更大的内存。
6.推动批处理系统形成和发展的主要动力是提高系统资源利用率.推动分时系统形成和发展的主要动力是方便用户,推动微机OS发展的主要动力是计算机硬件的不断更新换代7.在设计分时操作系统时,首先要考虑的是交互性和响应时间,在设计批处理操作系统时,首先要考虑的是周转时间和系统吞吐量,在设计实时操作系统时,首先要考虑的是实时性和可靠性8.在多道批处理系统中,为了充分利用各种资源,系统总是优先选择计算型和I/O型均衡的多个作业投入运行,为了提高吞吐量,系统总是想方设法缩短用户作业的周转时间9.从下面关于操作系统的论述中,选出一条正确的论述。
(1)(1)对批处理作业,必须提供相应的作业控制信息。
(2)对于分时系统,不一定全部提供人机交互功能。
(3)从响应角度看,分时系统与实时系统的要求相似。
(4)采用分时操作系统的计算机系统中,用户可以独占计算机操作系统中的文件系统。
(5)从交互角度看,分时系统与实时系统相似10.分时系统的响应时间(及时性)主要是根据用户所能接受的等待时间确定的,而实时系统的响应时间则是由控制对象所能接受的时延确定的。
第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性进程管理1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构为此,系统应设置相应的数据结构,用于记录文件存储空间的使用情况,以供分配存储空间时参考;系统还应具有对存储空间进行分配和回收的功能。
第一章练习题及参考答案一、单项选择题1.操作系统是一种()。
A.应用软件B。
系统软件C。
通用软件D。
工具软件2.操作系统的()管理部分负责对进程进行调度。
A.存储器 B。
设备 C。
文件 D。
处理机3.()要保证系统有较高的吞吐能力。
A.批处理系统 B.分时系统 C.网络操作系统 D.分布式操作系统4.操作系统的基本类型主要有()。
A.批处理系统、分时系统和多任务系统B.单用户系统、多用户系统和批处理系统C.批处理操作系统、分时操作系统及实时操作系统D.实时系统、分时系统和多用户系统5.使多个用户通过与计算机相连的终端、以交互方式同时使用计算机的操作系统()。
A.单道批处理系统B.多道批处理系统C.分时系统D.实时系统6.计算机操作中,最外层的是()。
A.硬件系统B.系统软件C.支援软件D.应用软件7.所谓()是指将一个以上的作业放入主存,并且同时处于运动状态,这些作业贡献共享处理机和外围设备等其他资源。
A.多重处理 B.多道程序设计 C.实时处理 D.共同处理8.下面关于操作系统的叙述中正确的是()。
A.批处理作业必须具有作业控制信息B.分时系统不一定都具有人机交互能力C.从响应时间的角度看,实时系统与分时系统差不多D.由于采用了分时技术,用户可以独占计算机的资源9.分时操作系统通常采用()策略为用户服务。
A.时间片加权分配 B.短作业优先 C.时间片轮转 D.可靠性与灵活性10.若把操作系统看作计算机资源的管理者,下列的()不属于操作系统所管理的资源A.磁盘 B. 内存 C. CPU D. 中断11.在下列操作系统的各个功能组成部分中,()不需要硬件支持。
A.进程调度 B.时钟管理 C.地址映射 D.中断系统12.在指令系统中只能由操作系统使用的指令称为()A.系统指令 B.设备指令 C.非特权指令 D. 特权指令二、多项选择题1.操作系统的主要设计目标是()A.可扩充性B.使得计算机使用方便C.管理计算机资源D.计算机系统能高效工作2.计算机的软件分为()。
操作系统-第⼀章-概述1.1 操作系统的概念、功能和⽬标概念操作系统(Operating System,OS)是指 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源,并合理地组织调度计算机的⼯作和资源的分配,为⽤户和其他软件提供⽅便的接⼝和环境 的程序集合。
它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和⽬标①操作系统是系统资源的管理者②向上提供⽅便易⽤的服务③是最接近硬件的⼀层软件①操作系统是系统资源的管理者(管理功能)作为系统资源的管理者,其⽬标是安全、⾼效,提供的功能有:处理机管理管理处理机的分配与运⾏,解决冲突问题,可以理解为对进程的管理进程管理:进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度存储器管理为了提⾼多道程序运⾏效率,⽅便⽤户使⽤内存分配、地址映射、内存保护、共享和内存扩充⽂件管理操作系统负责管理⽂件的系统称为⽂件系统⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件读写管理和保护设备管理完成⽤户的IO请求,⽅便⽤户使⽤设备,提⾼设备的利⽤率缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备②向上提供⽅便易⽤的服务(接⼝功能)操作系统为⽤户和软件提供服务,通过提供接⼝来完成:命令接⼝联机控制⽅式:交互式命令接⼝,适⽤于分时或者实时系统,就像⼈与机器对话⼀样。
(⽤户说⼀句,系统跟着做⼀句)脱机控制⽅式:批处理命令接⼝,提交⼀组作业,系统进⾏处理,⽤户不能⼲预作业的运⾏。
(⽤户说⼀堆,系统跟着做⼀堆)程序接⼝由⼀组系统调⽤命令组成(也称作系统调⽤或者⼴义指令)可以在程序中进⾏系统调⽤来使⽤程序接⼝。
普通⽤户不能直接使⽤程序接⼝,只能通过程序代码间接使⽤。
此外还有GUI图形⽤户界⾯,可以说 命令接⼝和GUI是直接给⽤户使⽤的,⽽程序接⼝是给软件或是程序员使⽤的。
③是最接近硬件的⼀层软件(扩充机器)作为最接近硬件的⼀层软件,操作系统需要实现对硬件机器的扩展,将CPU、内存、磁盘、显⽰器、键盘等硬件合理地组织起来,让各种硬件能够相互协调配合,实现更多更复杂的功能。
操作系统第1章课后作业答案1.设计现代OS的主要目标是什么?答:(1)有效性(2)方便性(3)可扩充性(4)开放性2.OS的作用可表现在哪几个方面?答:(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口;(2)OS作为计算机系统资源的管理者;(3)OS实现了对计算机资源的抽象。
3.为什么说OS实现了对计算机资源的抽象?答:OS首先覆盖在裸机上一层I/O设备管理软件,实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象;在第一层软件上再覆盖文件管理软件,实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件,增强了系统功能,隐藏了对硬件操作的细节,由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4.试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么?答:(1)不断提高计算机资源的利用率;(2)方便用户;(3)器件的不断更新换代;(4)计算机体系结构的不断发展。
5.何谓脱机I/O和联机I/O?答:脱机I/O是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机,在外围机的控制下,把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成,是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6.试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么?答:推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在:CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间;人机交互能力使用户能直接控制自己的作业;主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机,独立地处理自己的作业。
7.实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?答:关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时,系统应能及时接收并及时处理该命令,在用户能接受的时延内将结果返回给用户,解决方法:针对及时接收问题,可以在系统中设置多路卡,使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据;为每个终端配置缓冲区,暂存用户键入的命令或数据。