中级职称论文实施“操作系统”课程

　　[摘要] 操作系统是计算机科学与技术专业的专业平台课。为了提高课堂教学质量和培养应用型人才，滨州学院从2011级学生开始在操作系统课程的教学中实施了案例教学法。通过丰富的教学案例，使学生从现实情况中体会到了蕴含的理论知识，提高了学习兴趣，收到了良好的教学效果。

　　[关键词] 滨州学院;案例教学;操作系统课程

　　“操作系统”作为一门理论性较强的课程，在教学中除了应用启发式和讨论式教学方法外，引入案例教学法[1]，可以使得比较枯燥的理论知识变得生动有趣，激发学生的学习兴趣，从而大大提高教学效果。信号量机制是一种解决进程同步问题的有效工具，也是操作系统中进程管理的一个重要内容。信号量的应用可以分为两大类，一是实现过程互斥，二是实现前趋关系。下面以信号量机制在进程同步问题中的应用为例，介绍案例教学法在操作系统课程教学中的应用。

　　一、使用信号量实现互斥的案例

　　在计算机系统中存在着许多资源，它们在一段时间内只允许一个进程访问，这类资源我们称之为临界资源或独占资源[2]。很多硬件设备(如打印机)和队列、栈、变量等都属于临界资源。利用信号量机制可以解决多个进程对临界资源的互斥访问问题。

　　(一)基本方法

　　对于临界资源R，设置信号量Mutex，初始值为1。为了使多个进程互斥地访问R，每个进程中访问R的临界区代码段都要放在Wait(Mutex)和Signal(Mutex)两个操作之间。每个访问临界资源R的循环进程可以描述如下：

　　Pi(){

　　Wait(Mutex);

　　Critical section;

　　Signal(Mutex)

　　Remaider section;

　　}

　　(二)案例分析

　　有了基本方法，学生对解决问题的思路有了大体了解，但是针对具体问题并不一定能够解决。在这里可以给出学生几个案例，如单向桥问题、吃水果问题、阅览室问题等。让学生真正去“体验”一下解决过程，这样才会对理论讲解有更加深刻的认识，促使学生结合教学案例给出中的现实情况，在解决问题的过程中创造性地提出解决方案[3]。

　　下面以单向桥问题为例进行简单介绍。

　　1. 案例介绍

　　有一单向行驶的公路桥，每次只允许一辆汽车通过。当汽车到达桥头时，若桥上无车，便可上桥;否则需等待，直到桥上的汽车下桥为止。若每一辆车为一个进程，请用Wait、Signal操作保证汽车按要求过桥。

　　2. 案例分析

　　可以将公路桥看作一个临界资源，设置一个信号量S实现互斥，初值为1。由于每个汽车过桥的过程相同，这里只给出一辆汽车Pi过桥的同步描述。

　　Semaphore S=1;

　　Pi( ){

　　While(1){

　　到达桥头;

　　Wait(Mutex);

　　上桥行驶;

　　到达桥的另一端;

　　Signal(Mutex);

　　}

　　}

　　3. 教学组织

　　传统教学是注入式教学，而在案例教学过程中，教师是主导地位，学生是主体地位，教师可以带领学生从未知领域进入已知领域[4]。在组织实施时，可以在给出问题描述后先让学生讨论，然后引导学生分析在这个问题中需要互斥访问的临界资源是什么，如何去定义信号量，初始值是多少。定义好信号量后，和学生一起写出解决这个问题的算法。

　　二、利用信号量实现前趋关系的案例

　　有些进程在运行时具有前趋关系。例如，进程C完成数据处理后进程P才可以进行结果打印，则进程C和P之间存在前趋关系，即C→P。利用信号量可以实现进程间的前趋关系。

　　(一)基本方法

　　在实现前趋关系时，可以为进程C和P定义一个公用信号量S，并设置初始值0。进程C完成数据处理后要执行Signal(S)操作向进程P发一个信号，而进程P在打印之前要执行Wait(S)操作，即收到信号后才可以打印。

　　(二)案例分析

　　在操作系统中也有很多有趣的进程同步问题可以归为这一类，如公共汽车问题、围棋问题、抽烟问题、4×100接力赛问题等。下面以公共汽车问题为例进行介绍。

　　1. 案例介绍

　　在公共汽车上，司机和售票员各行其职，司机负责开车和到站停车;售票员负责售票和开、关车门，当售票员关好车门后，驾驶员才能开车行驶。试用Wait、Signal操作实现司机与售票员间的同步。

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