理论教学实例化教学模式新探

摘要:以计算机操作系统之可变分区存储器管理为例,介绍了理论教学实例化的教学模式,阐述了理论教学转化为具体实例再给出可操作的实践要求的教学过程。

关键词:理论教学;实例化;操作系统;算法;存储器分配管理

《操作系统原理》课程是计算机专业的一门必修课程,是一门围绕操作系统的基本原理和概念,详细介绍对整个计算机系统软硬件资源进行管理的过程中操作系统各个管理功能采用的理论、方法、控制算法等内容的课程。整个课程概念抽象,理论性强,控制方法多样,对于普通高校计算机专业学生来讲,在理解和掌握上存在一定的困难。如何将抽象的概念具体化,将理论、方法和技术形象化?理论与实际相结合是我们在教学中不断探讨和研究的课题。实例化教学模式的应用在理论教学中收到了较好的效果。下面以操作系统之可变分区存储器管理为例,介绍教学中采用的实例化教学模式。

存储器分配管理算法

可变分区的存储器分配管理算法一般有三种:

最佳适应法最佳适应法要求空闲分区按从小到大递增的顺序排列。在进行内存分配时,从空闲分区表头开始顺序查找,直到找到第一个能满足作业大小要求的空闲分区(大于或等于作业申请的空闲分区大小)为止。如果该空闲分区与所需分区大小一样,则从空闲分区表中取消该项;如果该空闲分区大于所需分区大小,则从该分区中划出一块内存空间分配给请求作业,剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中;否则分配失败。

最先适应法最先适应法要求空闲分区按地址递增的顺序排列。在进行内存分配时,从空闲分区表首开始顺序查找,直到找到第一个能满足作业大小要求的空闲分区(大于或等于作业申请的空闲分区大小)为止。如果该空闲分区与所需分区大小一样,则从空闲分区表中取消该项;如果该空闲分区大于所需分区大小,则从该分区中划出一块内存空间分配给请求作业,剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中;否则分配失败。

最坏适应法最坏适应法要求空闲分区按从大到小递减的次序排列。在进行内存分配时,先检查空闲分区表中的第一个空闲分区,若第一个空闲分区小于作业所需要的分区大小,则分配失败;如果该空闲分区与所需分区大小一样,则从空闲分区表中取消该项;如果该空闲分区大于所需分区大小,则从该分区中划出一块内存空间分配给请求作业,剩余的空闲分区仍留在空闲分区表中。

存储器管理实例化

在教学中采用先提出问题再解决问题的方式,使存储器管理实例化。

例:某系统的空闲分区表如表1所示。现有请求作业序列:80K、18K、196K,若分别使用最佳适应法、最先适应法和最坏适应法,要求给出空闲分区的分配。

提示学生:在进行分配之前要注意不同算法对空闲分区排列顺序的要求;空闲分区分配后注意剩余空闲分区的大小和起始地址的变化。

若采用最佳适应法,80K作业分配5号分区,18K作业从1号分区中划分出18K内存空间,196K作业从4号分区中划分出196K内存空间,分配后空闲分区表如表2所示。采用最佳适应法能够满足该作业序列的请求。

采用最先适应法,80K作业从4号分区中划分出80K内存空间,18K作业从1号分区中划分出18K内存空间,分配80K和18K的作业后,空闲分区表如表3所示。此时已经没有能够满足196K作业大小的空闲分区,所以采用最先适应法不能满足196K作业的请求。

若采用最坏适应法,80K作业从4号分区中划分出80K内存空间,18K作业从4号分区中划分出18K内存空间,分配80K和18K的作业后,空闲分区表如表4所示。此时已经没有能够满足196K作业大小的空闲分区了。所以,采用最坏适应法不能满足196K作业的请求。

实践环节具体化

实践环节要求学生模拟实现操作系统对存储器管理之可变分区管理技术。利用存储器分配算法编程,判断系统现有的空闲分区能否满足某一作业序列的请求。要求运行程序时输入的数据包括:空闲分区表、作业请求序列;程序运行结果是:如果能够满足作业序列的请求,则输出分配后的空闲分区表,否则输出拒绝分配的提示即可。

在实践中,学生可将上述实例的解决过程作为存储器管理之可变分区管理的模板,利用所学的程序设计语言编程实现对存储器管理之可变分区管理的模拟。

《操作系统原理》课程是在学生学习了一门高级程序设计语言和数据结构等先行课程的基础上开设的一门计算机理论课程,此时,学生已掌握了解决问题的常用算法和程序设计方法之间的关系。这样使操作系统这一功能转化为学生习惯的先提出具体问题再解决的方式,从而与所学的程序设计方法联系起来,将枯燥抽象的计算机理论转化为解决具体问题,并使系统软件设计转化为学生习惯的编程问题,理论教学实例化的教学模式在教学实践中的运用收到了较好的教学效果。

参考文献:

[1]孟庆昌.操作系统[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]屠祁,屠立德.操作系统基础(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]曾平,曾林.操作系统习题与解析(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2004.

作者简介:

王珍玲(1963—),女,天津工程师范学院信息技术工程学院副教授,研究方向为操作系统、数据库、算法。