“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)框架的分析與設(shè)計(jì)

杜　萍　謝青松　范　輝　董付國(guó)

摘要:本文以“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材及山東省高等學(xué)校優(yōu)秀教材《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程》為基礎(chǔ),結(jié)合應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的具體實(shí)際,對(duì)“操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究,并結(jié)合示例進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)框架;應(yīng)用型本科

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

“操作系統(tǒng)”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。要學(xué)好操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理,除了聽(tīng)課、看書(shū)、做習(xí)題外,最好的方法就是多實(shí)踐,包括使用操作系統(tǒng)、閱讀和分析已有操作系統(tǒng)的源代碼、自己設(shè)計(jì)小型系統(tǒng)、模塊或模擬算法等。我院的操作系統(tǒng)省級(jí)精品課程的教學(xué)實(shí)踐表明,實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有助于學(xué)生理解和掌握各種原理和技術(shù),而且培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、動(dòng)手解決問(wèn)題以及進(jìn)一步探討問(wèn)題的能力。

為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果,結(jié)合我院應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際,我們對(duì)“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容進(jìn)行了精心安排。本文主要以高等教育出版社出版,范輝、謝青松編著的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材及“山東省高等學(xué)校優(yōu)秀教材”一等獎(jiǎng)《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程》之實(shí)訓(xùn)篇為基礎(chǔ),對(duì)“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)框架進(jìn)行分析研究并舉例說(shuō)明。

2實(shí)驗(yàn)要求分析

長(zhǎng)久以來(lái),“操作系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)主要是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)課依附于理論教學(xué),致使很多學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)的理解只停留在膚淺的層面,不能真正理解操作系統(tǒng)的原理,無(wú)法較好的培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。我們從應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)實(shí)際與教學(xué)目標(biāo)出發(fā),由淺入深的組織設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)題目,從實(shí)驗(yàn)類型上,滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的認(rèn)知漸進(jìn)的要求。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ),主要讓學(xué)生掌握基本的知識(shí)和技能,掌握操作系統(tǒng)的使用與基本原理;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手能力,引導(dǎo)學(xué)生充分利用所學(xué)的多門(mén)課程知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,強(qiáng)化學(xué)生的獨(dú)立實(shí)踐能力;綜合型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì),注重系統(tǒng)性,更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和集成的能力。

因?yàn)長(zhǎng)inux是當(dāng)今最流行的操作系統(tǒng)之一,是一個(gè)與UNIX完全兼容的并且可免費(fèi)使用和自由傳播的操作系統(tǒng),另外,Windows 也是今年P(guān)C上的主流操作系統(tǒng),所以我們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就安排在這兩個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行。

3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框架

在《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程》之實(shí)訓(xùn)篇中精心設(shè)計(jì)了近20個(gè)實(shí)驗(yàn)題目供教師與學(xué)生選擇,并根據(jù)深度由淺入深的分為5個(gè)層次,即:使用級(jí)、觀察級(jí)、系統(tǒng)管理級(jí)、源碼閱讀級(jí)和實(shí)現(xiàn)級(jí)。其中:

(1) 使用級(jí):指如何使用操作系統(tǒng),主要包括一般用戶對(duì)命令(以及菜單和Shell)、系統(tǒng)調(diào)用和系統(tǒng)文件的使用。使用級(jí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)類別等設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

(2) 系統(tǒng)管理級(jí):主要指系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的安裝、配置和性能調(diào)整。系統(tǒng)管理級(jí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)類別等設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

4實(shí)驗(yàn)框架舉例

下面以《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程》之實(shí)訓(xùn)篇為藍(lán)本,對(duì)實(shí)驗(yàn)框架系統(tǒng)舉例并加以說(shuō)明。

例1:Linux系統(tǒng)用戶接口和編程界面

(1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

① 熟悉使用Linux字符界面的常用命令和窗口系統(tǒng);

② 熟悉運(yùn)用Linux常用的編程工具;

③ 熟悉運(yùn)用Linux的在線幫助系統(tǒng);

④ 熟悉在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境上編輯、編譯、調(diào)試和運(yùn)行一個(gè)C語(yǔ)言程序的全過(guò)程。

(2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

① 熟悉開(kāi)機(jī)后登錄Linux系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的過(guò)程;

② 熟悉Linux字符界面——虛擬終端窗口和Shell,以及圖形界面——X-Window;

③ 學(xué)習(xí)使用Linux的在線幫助系統(tǒng),如man和help命令等。

④ 掌握一種Linux的編輯器,特別是字符界面的編輯器vi的使用。

⑤ 用vi編輯一個(gè)輸出“Hello,I am a C program”字符串的C語(yǔ)言程序,然后編譯并運(yùn)行它。

例2:進(jìn)程調(diào)度模擬程序設(shè)計(jì)

(1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

加深對(duì)進(jìn)程概念、進(jìn)程調(diào)度過(guò)程和算法的理解

(2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

① 給出進(jìn)程調(diào)度的算法描述。

② 用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)n個(gè)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度的程序,每個(gè)進(jìn)程由一個(gè)進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)表示。設(shè)每個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行、就緒和完成3個(gè)狀態(tài)之一,并假設(shè)起始狀態(tài)都是就緒狀態(tài),以及進(jìn)程隊(duì)列指針Next等,可按照調(diào)度算法的不同而增刪。

③ 調(diào)度程序應(yīng)當(dāng)包含兩種不同的調(diào)度算法,運(yùn)行時(shí)可以任選一種,以利于各種方法的分析和比較。

④ 程序應(yīng)能顯示或打印各種進(jìn)程狀態(tài)和參數(shù)變化情況,便于觀察。即要顯示每個(gè)時(shí)間片內(nèi)各進(jìn)程的情況,并且指出運(yùn)行進(jìn)程及就緒和阻塞隊(duì)列中的內(nèi)容。

5總結(jié)

實(shí)踐證明我們的“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)框架的設(shè)計(jì)較為完備,體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的要求,充分的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果明顯。通過(guò)正確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)引導(dǎo),學(xué)生遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí),分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得到了極大地提高,并對(duì)學(xué)生的操作系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)起到了很好的輔助與深化的作用。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí),我院的學(xué)生在后期的軟件設(shè)計(jì)大賽及碩士研究生考試等一系列的比賽和考試中均取得了佳績(jī)。

參考文獻(xiàn):

[1] 杜萍,范輝,謝青松,等. 應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探[J].計(jì)算機(jī)教育,2008(16):75.

[2] 范輝,謝青松.操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程[M].2版.北京:高等教育出版社,2006.

[3] 謝青松,范輝. 操作系統(tǒng)課程教學(xué)之我見(jiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2004(9):31-32.