| 标题 | 提高《操作系统》教学质量的方法探讨 |
| 范文 | 李畅 摘要：本文讲述了操作系统教学过程中，如何做到概念的抽象类比教学，算法的理論具体结合教学以及如何设计实验内容达到教材和实践结合的教学，通过这些方法的运用，在保证操作系统理论知识教学基础上，调动课堂氛围，提高学生动手实践能力。 关键词：操作系统;进程;调度;FAT32 中图分类号：G642? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? 文章编号：1009-3044（2019）03-0172-02 Abstract： This paper describes how to achieve Abstract Analogy Teaching of concepts in the process of operating system teaching， how to combine the theory of algorithm with teaching， and how to design experimental content to achieve the teaching method of combining textbooks with practice. Through the application of these methods， on the basis of ensuring the teaching of operating system theory knowledge， the course is mobilized. The atmosphere of the hall improves students' practical ability. Key words： operating system; process; scheduling; FAT32 1 引言 计算机作为一门当代学科——计算机科学正在快速地发展，而操作系统在计算机科学的发展过程中发挥了极其重要的作用。没有它，就没有计算机科学的普及和发展。【1】操作系统课程作为计算机专业学生的专业必修课，理解操作系统的基本原理，对学生后续软件设计和开发具有引导启示作用。虽然操作系统如此重要，但是在教学过程中，操作系统原理课程对学生来说意味着难懂，枯燥。如何让学生认识到操作系统的重要性以及能够更好地理解和学习操作系统是老师教学中要不断思考和调整的方向。经过多年教学积累，探索出抽象类比相对应，理论具体相结合，教材实践相补充的教学模式。 2 抽象类比相对应 类比是把不同的两个对象进行比较，根据两个对象在一系列属性上的相似，而且已知其中一个对象还具有其他的属性，由此推出另一个对象也具有相似的其他属性的结论。操作系统的概念比较抽象，教学过程中用浅显易见的事物对抽象的概念进行对比，帮助学生深入的理解。这里列出两个具体概念的类别。 2.1 操作系统概念 把操作系统类比成政府职能部门。操作系统很重要的功能是管理功能，管理计算机的软件和硬件资源。这一点与政府管理职能部门的作用非常一致。就管理职能部分来说，操作系统不能像应用软件那样产生开发后的产品和成果。操作系统控制系统资源的分配，以更好地组织计算机的流程。显然，政府职能部门不能够直接产生经济效益，但是，通过职能部门的管理，产生经济效益的效率大大提高了。 2.2 进程的概念 进程最难理解的是它的动态性以及资源占有情况。用做蛋糕的过程来类比进程。为了做蛋糕，首先操作者要找到一份菜谱，菜谱上列明所需材料及制作过程。菜谱对应了计算机中的程序，程序是一个顺序书写的代码集合，告诉计算机要做什么。制作蛋糕的过程中，操作者首先需要准备材料，这些材料对应了程序运行中的输入数据。在制作过程中，除了材料，还需要烤箱等工具。在程序运行过程中，除了输入数据还需要内存、寄存器等系统资源。做蛋糕是由操作者来按照菜谱完成整个工作的。程序的运行是由CPU控制完成整个工作的。所以，做蛋糕除了需要原料还需要工具和人员，这是一个完整的做蛋糕的过程，这个过程结束了，这次蛋糕就做完了。进程也是如此，当需要运行一个程序的时候，系统为了运行该程序，建立一个进程。CPU按照程序的说明，进行输入数据的处理，处理过程中需要用到很多其他资源，最后输出运行结果。一旦输出结果，该进程就完成了，并且释放了所占有的系统资源。 3 理论具体相结合 操作系统的理论虽然难懂，但是实实在在地支持着现代操作系统的设计和实现。在讲授具体理论的时候，能够结合当前操作系统，做到理论联系实际，更容易调动学生学习兴趣。这里讨论一下操作系统调度算法和文件管理系统如何结合实际的操作系统。 3.1 进程调度算法 目前主流教材中，介绍操作系统调度算法通常介绍先来先服务、短作业优先、优先级法、轮转法等。Linux系统中将优先级调度、轮转法调度、先进先出调度综合起来形成了独特的负反馈调度算法。在Linux中，每个进程用task-struct 结构来描述，进程调度的依据是task-struct结构中的policy、priority、counter和rt-priority。Policy的值用于反映针对不同类型的进程而采用的调度策略。当Policy取值为SCHED-RR和SCHED-FIFO时用于实时进程，按照轮转调度策略和先进先出调度策略处理;当Policy取值为SCHED-OTHER表示普通进程，按照轮转调度策略处理。这三种调度策略均基于优先级。PCB中设置Priority，其值为普通进程的调度优先级。普通进程的可用时间片的初始值即为该值，该值通过系统调用是可以改变的。PCB 中设置rt-p riority，其值是实时进程专用的调度优先级，实时进程的可用时间片的初始值即为该值，该优先级也可以由系统调用来修改。PCB 中设置counter，用于进程可用时间片时值的计数。每次调度程序都对就绪队列中所有的进程依次比较，选择counter值最大的也就是优先级最高的进程执行。当就绪队列中没有处于就绪状态的进程时，内核统一对所有进程counter重新赋值： 处于阻塞状态的进程counter不会改变，所以相对变大，于是，优先级更高，获得调度的机会也更大。这就是Linux的负反馈综合调度算法。 3.2 文件管理系统 文件在磁盘上的物理结构主要有顺序文件组织形式、链接文件组织形式和索引文件组织形式。在讲述这一部分的时候集合Window的FAT32来讲述。顺序文件组织形式的优势是读取速度快，不足时增加和删除处理复杂，链接文件的优势是增加和删除操作简单，但是查找速度慢。Windows的FAT32结合了这两种方式的优点，形成了高效的文件组织形式。在进行windows操作系统安装的时候，需要选择格式化磁盘格式，其中有FAT32选项，学生们大部分在安装操作系统的时候并不是很清楚FAT32是什么，在讲授文件组织形式时，提到FAT32，学生们的兴趣被调动起来。FAT32是分区格式的一种。这种格式采用32位的文件分配表，是一种显式链接文件组织形式。通俗讲，就是把链接结构中的链接指针单独提取出来形成一个文件。在Window系统中，磁盘分配的基本单位是簇，FAT中的每一项存放了一个指针，指向一个文件的下一簇的地址。在每个文件的FCB中，只需要存放首簇的地址，其余的地址从文件分配表中得到。 4 教材实践相补充 在操作系统课程教学中有8个课时的实践教学，实验采用的是Linux系统。实验内容设置为进程主题，包括进程的创建，进程间的通信，以及进程动态资源申请的银行家算法实现。在进程创建部分，学生通过程序的多次运行，体验进程运行顺序的随机性和进程的动态性;在进程通信部分，学生可以感受进程间的同步现象;在银行家算法部分，更清楚了解操作系统资源分配的算法。看到学过的理论和自己的实验能够得到一致的结果，毫无疑问可以大大增加学生学习的兴趣。 5 结束语 上面列举的几种方法都是在上课过程中不断调整改进总结得来。随着新技术的发展，我们要不断调整教学思路和方法，结合新技术来讲解操作系统课程，使得这门“古老”的课程不断融合吸收“新鮮”的知识。 参考文献： [1]范策，许宪成，黄红桃，等. 计算机操作系统教程——核心与设计原理[M]. 北京：清华大学出版社. [2]仇阳.Linux内核进程调度算法发展[J]. 北京电子世界，2017（4）. 【通联编辑：王力】 |
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