中級職稱論文實施“操作系統(tǒng)”課程

　　[摘要] 操作系統(tǒng)是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)平臺課。為了提高課堂教學質量和培養(yǎng)應用型人才，濱州學院從2011級學生開始在操作系統(tǒng)課程的教學中實施了案例教學法。通過豐富的教學案例，使學生從現(xiàn)實情況中體會到了蘊含的理論知識，提高了學習興趣，收到了良好的教學效果。

　　[關鍵詞] 濱州學院;案例教學;操作系統(tǒng)課程

　　“操作系統(tǒng)”作為一門理論性較強的課程，在教學中除了應用啟發(fā)式和討論式教學方法外，引入案例教學法[1]，可以使得比較枯燥的理論知識變得生動有趣，激發(fā)學生的學習興趣，從而大大提高教學效果。信號量機制是一種解決進程同步問題的有效工具，也是操作系統(tǒng)中進程管理的一個重要內(nèi)容。信號量的應用可以分為兩大類，一是實現(xiàn)過程互斥，二是實現(xiàn)前趨關系。下面以信號量機制在進程同步問題中的應用為例，介紹案例教學法在操作系統(tǒng)課程教學中的應用。

　　一、使用信號量實現(xiàn)互斥的案例

　　在計算機系統(tǒng)中存在著許多資源，它們在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問，這類資源我們稱之為臨界資源或獨占資源[2]。很多硬件設備(如打印機)和隊列、棧、變量等都屬于臨界資源。利用信號量機制可以解決多個進程對臨界資源的互斥訪問問題。

　　(一)基本方法

　　對于臨界資源R，設置信號量Mutex，初始值為1。為了使多個進程互斥地訪問R，每個進程中訪問R的臨界區(qū)代碼段都要放在Wait(Mutex)和Signal(Mutex)兩個操作之間。每個訪問臨界資源R的循環(huán)進程可以描述如下：

　　Pi(){

　　Wait(Mutex);

　　Critical section;

　　Signal(Mutex)

　　Remaider section;

　　}

　　(二)案例分析

　　有了基本方法，學生對解決問題的思路有了大體了解，但是針對具體問題并不一定能夠解決。在這里可以給出學生幾個案例，如單向橋問題、吃水果問題、閱覽室問題等。讓學生真正去“體驗”一下解決過程，這樣才會對理論講解有更加深刻的認識，促使學生結合教學案例給出中的現(xiàn)實情況，在解決問題的過程中創(chuàng)造性地提出解決方案[3]。

　　下面以單向橋問題為例進行簡單介紹。

　　1. 案例介紹

　　有一單向行駛的公路橋，每次只允許一輛汽車通過。當汽車到達橋頭時，若橋上無車，便可上橋;否則需等待，直到橋上的汽車下橋為止。若每一輛車為一個進程，請用Wait、Signal操作保證汽車按要求過橋。

　　2. 案例分析

　　可以將公路橋看作一個臨界資源，設置一個信號量S實現(xiàn)互斥，初值為1。由于每個汽車過橋的過程相同，這里只給出一輛汽車Pi過橋的同步描述。

　　Semaphore S=1;

　　Pi( ){

　　While(1){

　　到達橋頭;

　　Wait(Mutex);

　　上橋行駛;

　　到達橋的另一端;

　　Signal(Mutex);

　　}

　　}

　　3. 教學組織

　　傳統(tǒng)教學是注入式教學，而在案例教學過程中，教師是主導地位，學生是主體地位，教師可以帶領學生從未知領域進入已知領域[4]。在組織實施時，可以在給出問題描述后先讓學生討論，然后引導學生分析在這個問題中需要互斥訪問的臨界資源是什么，如何去定義信號量，初始值是多少。定義好信號量后，和學生一起寫出解決這個問題的算法。

　　二、利用信號量實現(xiàn)前趨關系的案例

　　有些進程在運行時具有前趨關系。例如，進程C完成數(shù)據(jù)處理后進程P才可以進行結果打印，則進程C和P之間存在前趨關系，即C→P。利用信號量可以實現(xiàn)進程間的前趨關系。

　　(一)基本方法

　　在實現(xiàn)前趨關系時，可以為進程C和P定義一個公用信號量S，并設置初始值0。進程C完成數(shù)據(jù)處理后要執(zhí)行Signal(S)操作向進程P發(fā)一個信號，而進程P在打印之前要執(zhí)行Wait(S)操作，即收到信號后才可以打印。

　　(二)案例分析

　　在操作系統(tǒng)中也有很多有趣的進程同步問題可以歸為這一類，如公共汽車問題、圍棋問題、抽煙問題、4×100接力賽問題等。下面以公共汽車問題為例進行介紹。

　　1. 案例介紹

　　在公共汽車上，司機和售票員各行其職，司機負責開車和到站停車;售票員負責售票和開、關車門，當售票員關好車門后，駕駛員才能開車行駛。試用Wait、Signal操作實現(xiàn)司機與售票員間的同步。

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