[摘要] 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)平臺(tái)課。為了提高課堂教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)應(yīng)用型人才，濱州學(xué)院從2011級(jí)學(xué)生開始在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)中實(shí)施了案例教學(xué)法。通過(guò)豐富的教學(xué)案例，使學(xué)生從現(xiàn)實(shí)情況中體會(huì)到了蘊(yùn)含的理論知識(shí)，提高了學(xué)習(xí)興趣，收到了良好的教學(xué)效果。

　　[關(guān)鍵詞] 濱州學(xué)院;案例教學(xué);操作系統(tǒng)課程

　　“操作系統(tǒng)”作為一門理論性較強(qiáng)的課程，在教學(xué)中除了應(yīng)用啟發(fā)式和討論式教學(xué)方法外，引入案例教學(xué)法[1]，可以使得比較枯燥的理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而大大提高教學(xué)效果。信號(hào)量機(jī)制是一種解決進(jìn)程同步問(wèn)題的有效工具，也是操作系統(tǒng)中進(jìn)程管理的一個(gè)重要內(nèi)容。信號(hào)量的應(yīng)用可以分為兩大類，一是實(shí)現(xiàn)過(guò)程互斥，二是實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系。下面以信號(hào)量機(jī)制在進(jìn)程同步問(wèn)題中的應(yīng)用為例，介紹案例教學(xué)法在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

　　一、使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥的案例

　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在著許多資源，它們?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)，這類資源我們稱之為臨界資源或獨(dú)占資源[2]。很多硬件設(shè)備(如打印機(jī))和隊(duì)列、棧、變量等都屬于臨界資源。利用信號(hào)量機(jī)制可以解決多個(gè)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥訪問(wèn)問(wèn)題。

　　(一)基本方法

　　對(duì)于臨界資源R，設(shè)置信號(hào)量Mutex，初始值為1。為了使多個(gè)進(jìn)程互斥地訪問(wèn)R，每個(gè)進(jìn)程中訪問(wèn)R的臨界區(qū)代碼段都要放在Wait(Mutex)和Signal(Mutex)兩個(gè)操作之間。每個(gè)訪問(wèn)臨界資源R的循環(huán)進(jìn)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，學(xué)生對(duì)解決問(wèn)題的思路有了大體了解，但是針對(duì)具體問(wèn)題并不一定能夠解決。在這里可以給出學(xué)生幾個(gè)案例，如單向橋問(wèn)題、吃水果問(wèn)題、閱覽室問(wèn)題等。讓學(xué)生真正去“體驗(yàn)”一下解決過(guò)程，這樣才會(huì)對(duì)理論講解有更加深刻的認(rèn)識(shí)，促使學(xué)生結(jié)合教學(xué)案例給出中的現(xiàn)實(shí)情況，在解決問(wèn)題的過(guò)程中創(chuàng)造性地提出解決方案[3]。

　　下面以單向橋問(wèn)題為例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

　　1. 案例介紹

　　有一單向行駛的公路橋，每次只允許一輛汽車通過(guò)。當(dāng)汽車到達(dá)橋頭時(shí)，若橋上無(wú)車，便可上橋;否則需等待，直到橋上的汽車下橋?yàn)橹埂Ｈ裘恳惠v車為一個(gè)進(jìn)程，請(qǐng)用Wait、Signal操作保證汽車按要求過(guò)橋。

　　2. 案例分析

　　可以將公路橋看作一個(gè)臨界資源，設(shè)置一個(gè)信號(hào)量S實(shí)現(xiàn)互斥，初值為1。由于每個(gè)汽車過(guò)橋的過(guò)程相同，這里只給出一輛汽車Pi過(guò)橋的同步描述。

　　Semaphore S=1;

　　Pi( ){

　　While(1){

　　到達(dá)橋頭;

　　Wait(Mutex);

　　上橋行駛;

　　到達(dá)橋的另一端;

　　Signal(Mutex);

　　}

　　}

　　3. 教學(xué)組織

　　傳統(tǒng)教學(xué)是注入式教學(xué)，而在案例教學(xué)過(guò)程中，教師是主導(dǎo)地位，學(xué)生是主體地位，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生從未知領(lǐng)域進(jìn)入已知領(lǐng)域[4]。在組織實(shí)施時(shí)，可以在給出問(wèn)題描述后先讓學(xué)生討論，然后引導(dǎo)學(xué)生分析在這個(gè)問(wèn)題中需要互斥訪問(wèn)的臨界資源是什么，如何去定義信號(hào)量，初始值是多少。定義好信號(hào)量后，和學(xué)生一起寫出解決這個(gè)問(wèn)題的算法。

　　二、利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系的案例

　　有些進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)具有前趨關(guān)系。例如，進(jìn)程C完成數(shù)據(jù)處理后進(jìn)程P才可以進(jìn)行結(jié)果打印，則進(jìn)程C和P之間存在前趨關(guān)系，即C→P。利用信號(hào)量可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的前趨關(guān)系。

　　(一)基本方法

　　在實(shí)現(xiàn)前趨關(guān)系時(shí)，可以為進(jìn)程C和P定義一個(gè)公用信號(hào)量S，并設(shè)置初始值0。進(jìn)程C完成數(shù)據(jù)處理后要執(zhí)行Signal(S)操作向進(jìn)程P發(fā)一個(gè)信號(hào)，而進(jìn)程P在打印之前要執(zhí)行Wait(S)操作，即收到信號(hào)后才可以打印。

　　(二)案例分析

　　在操作系統(tǒng)中也有很多有趣的進(jìn)程同步問(wèn)題可以歸為這一類，如公共汽車問(wèn)題、圍棋問(wèn)題、抽煙問(wèn)題、4×100接力賽問(wèn)題等。下面以公共汽車問(wèn)題為例進(jìn)行介紹。

　　1. 案例介紹

　　在公共汽車上，司機(jī)和售票員各行其職，司機(jī)負(fù)責(zé)開車和到站停車;售票員負(fù)責(zé)售票和開、關(guān)車門，當(dāng)售票員關(guān)好車門后，駕駛員才能開車行駛。試用Wait、Signal操作實(shí)現(xiàn)司機(jī)與售票員間的同步。

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