“操作系统”实验框架的分析与设计

杜　萍　谢青松　范　辉　董付国

摘要:本文以“十一五”国家级规划教材及山东省高等学校优秀教材《操作系统原理与实训教程》为基础,结合应用型本科计算机专业学生的具体实际,对“操作系统”课程实验框架进行设计与研究,并结合示例进行说明。

关键词:操作系统;实验教学;实验框架;应用型本科

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

“操作系统”是一门理论性和实践性都很强的课程。要学好操作系统的设计原理,除了听课、看书、做习题外,最好的方法就是多实践,包括使用操作系统、阅读和分析已有操作系统的源代码、自己设计小型系统、模块或模拟算法等。我院的操作系统省级精品课程的教学实践表明,实验教学不仅有助于学生理解和掌握各种原理和技术,而且培养了学生独立思考问题、动手解决问题以及进一步探讨问题的能力。

为增强实验课的教学效果,结合我院应用型本科计算机专业学生的实际,我们对“操作系统”实验课的内容进行了精心安排。本文主要以高等教育出版社出版,范辉、谢青松编著的“十一五”国家级规划教材及“山东省高等学校优秀教材”一等奖《操作系统原理与实训教程》之实训篇为基础,对“操作系统”实验框架进行分析研究并举例说明。

2实验要求分析

长久以来,“操作系统”的实验主要是一些验证性实验,实验课依附于理论教学,致使很多学生对操作系统的理解只停留在肤浅的层面,不能真正理解操作系统的原理,无法较好的培养学生解决实际问题的能力。我们从应用型本科计算机专业的教学实际与教学目标出发,由浅入深的组织设计了验证性、设计性和综合性三个层次的实验教学题目,从实验类型上,满足学生对知识掌握的认知渐进的要求。

验证性实验是基础,主要让学生掌握基本的知识和技能,掌握操作系统的使用与基本原理;设计性实验培养学生的分析问题和实际动手能力,引导学生充分利用所学的多门课程知识解决实际问题,强化学生的独立实践能力;综合型实验培养学生的综合素质,注重系统性,更加强调系统分析、设计和集成的能力。

因为Linux是当今最流行的操作系统之一,是一个与UNIX完全兼容的并且可免费使用和自由传播的操作系统,另外,Windows 也是今年PC上的主流操作系统,所以我们的实验内容就安排在这两个操作系统平台上进行。

3实验系统框架

在《操作系统原理与实训教程》之实训篇中精心设计了近20个实验题目供教师与学生选择,并根据深度由浅入深的分为5个层次,即:使用级、观察级、系统管理级、源码阅读级和实现级。其中:

(1) 使用级:指如何使用操作系统,主要包括一般用户对命令(以及菜单和Shell)、系统调用和系统文件的使用。使用级的实验内容、实验学时、实验类别等设计见表1。

(2) 系统管理级:主要指系统管理员对系统或设备的安装、配置和性能调整。系统管理级的实验内容、实验学时、实验类别等设计见表2。

4实验框架举例

下面以《操作系统原理与实训教程》之实训篇为蓝本,对实验框架系统举例并加以说明。

例1:Linux系统用户接口和编程界面

(1) 实验目的:

① 熟悉使用Linux字符界面的常用命令和窗口系统;

② 熟悉运用Linux常用的编程工具;

③ 熟悉运用Linux的在线帮助系统;

④ 熟悉在Linux操作系统环境上编辑、编译、调试和运行一个C语言程序的全过程。

(2) 实验内容:

① 熟悉开机后登录Linux系统和退出系统的过程;

② 熟悉Linux字符界面——虚拟终端窗口和Shell,以及图形界面——X-Window;

③ 学习使用Linux的在线帮助系统,如man和help命令等。

④ 掌握一种Linux的编辑器,特别是字符界面的编辑器vi的使用。

⑤ 用vi编辑一个输出“Hello,I am a C program”字符串的C语言程序,然后编译并运行它。

例2:进程调度模拟程序设计

(1) 实验目的:

加深对进程概念、进程调度过程和算法的理解

(2) 实验内容:

① 给出进程调度的算法描述。

② 用C语言设计一个对n个并发进程进行调度的程序,每个进程由一个进程控制块结构表示。设每个进程处于运行、就绪和完成3个状态之一,并假设起始状态都是就绪状态,以及进程队列指针Next等,可按照调度算法的不同而增删。

③ 调度程序应当包含两种不同的调度算法,运行时可以任选一种,以利于各种方法的分析和比较。

④ 程序应能显示或打印各种进程状态和参数变化情况,便于观察。即要显示每个时间片内各进程的情况,并且指出运行进程及就绪和阻塞队列中的内容。

5总结

实践证明我们的“操作系统”实验框架的设计较为完备,体现了循序渐进的要求,充分的调动了学生的学习主动性,学生的学习效果明显。通过正确的实验教学引导,学生遇到实际问题时,分析问题和解决问题的能力得到了极大地提高,并对学生的操作系统理论学习起到了很好的辅助与深化的作用。通过对本课程的学习,我院的学生在后期的软件设计大赛及硕士研究生考试等一系列的比赛和考试中均取得了佳绩。

参考文献:

[1] 杜萍,范辉,谢青松,等. 应用型本科操作系统实验教学初探[J].计算机教育,2008(16):75.

[2] 范辉,谢青松.操作系统原理与实训教程[M].2版.北京:高等教育出版社,2006.

[3] 谢青松,范辉. 操作系统课程教学之我见[J]. 计算机教育,2004(9):31-32.