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“操作系统”教学的定量方法探讨 　　摘要:本文针对“操作系统”教学中对真实操作系统进行定量处理方面的不足,在反思的基础上,提出在课堂教学、课程实验等各个教学环节加强定量方法的应用,并辅以具体的实例说明定量方法的优势之处,最后给出了实施定量教学的若干建议。 　　关键词:操作系统;定量方法;性能评估 　　中图分类号:G642 文献标志码:B 　　 　　1引言 　　 　　定量方法在教学中有着广泛的应用。确切的数据往往更具有说服力,能让学生对抽象的理论有更好的认识。在指导学生对某个问题进行研究,采集、分析数据乃至得到结论方面,更彰显了定量方法的重要性。 　　“操作系统”是计算机学科的一门核心课程,其教学内容多处采用了定量方法,如对进程调度算法和磁盘调度算法的分析就是典型的例子。但是,通过分析当前一些操作系统教学的相关材料及文献后,我们发现操作系统教学在定量方法的使用方面依然有不足之处。 　　首先,在系统性能评估方面内容偏少。性能是操作系统设计时的一个重要考虑因素,计算机普通用户可能关心响应时间,而系统管理员可能关心吞吐量。如何对系统进行具体的性能评价在国内外操作系统教材中均着墨很少,甚至根本不涉及。在一些操作系统教学网站公开的课件和课程实验内容中,我们也很少看到这方面的内容,尽管文献[1]明确指出操作系统的核心学时中应有一学时用于系统性能评价。 　　其次,操作系统教材往往不能利用当前真实系统的实际数据,许多教材定性分析内容多,但定量部分则有所不足。这当然与印刷物自身的局限性有关,但另一方面还可能源于教材作者自身的考虑,如果过分依赖于特定的平台,在硬件和软件飞速变化的时代,相关内容很容易过时。 　　教师作为教学活动的主导者,应该不为相关教材所局限,如果有意识地在多个教学环节应用定量手段,则可以弥补上述不足,取得更好的教学效果。 　　 　　2各教学环节中定量方法的增强实施 　　 　　对于操作系统教材中已经广泛采用的量化手段,我们不再讨论,本节着重讨论可以进一步强化实施量化方法的教学环节和具体做法。由于各教学环节的特点不同,量化方法实施的着眼点和程度也就有所不同。 　　2.1课堂教学中征引相关技术数据弥补教材不足,反映操作系统当前动态 　　本环节的可增强余地不大,但是教师可以关注业界动态,了解本领域的必威体育精装版进展,收集丰富的数据材料并用之于教学。例如讲到分时系统与时间片,可以列举代表性的分时系统CTSS、Unix V6、4.4BSD及必威体育精装版的Linux 2.6在运行平台上的时钟中断频率、时间片和平台计算能力等数据,通过这些具体的数据,学生不仅对真实系统有直观的认识,还可以看到历史轨迹下硬件技术的发展对软件参数值产生的影响。此外,这些数据还可以用于估算进程切换的纯开销。 　　再例如设备管理和文件管理很多知识点基于的前提就是磁盘访问速度远远慢于内存访问速度。但目前固态硬盘的市场日趋增大,其特点完全不同于传统机械硬盘,教师可以在适当时候列出两类硬盘的性能参数对比,然后针对固态硬盘技术提出如下问题: 　　(1) 调度算法有必要吗? 　　(2) 缓冲技术还要必要吗? 　　(3) 磁盘碎片整理有必要吗? 　　教师顺便介绍当今操作系统如Linux、Windows对固态硬盘技术的支持时给出以上问题的结论,学生不仅可以了解当今操作系统发展动态而且可以深深体会硬件技术对操作系统实现技术所产生的影响。 　　2.2围绕真实系统,开发定量结果的习题 　　在学习过程中,要求定量结果的习题一般比概念性、定性化的题目更能吸引学生的注意力,激发学生的兴趣。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　纵览操作系统教材的配套习题和专门的操作系统习题书,我们依然可以发现不足之处,就是针对当前真实系统的习题偏少,即便是一些要求定量结果的习题,因取材自抽象后的简化模型,给出的相关计算参数也不能反映真实场景。这种处理方式的弊端就是理论和实际有一定的脱节,学生对真实的系统可能会有隔膜。教师可以改善这种状况,下面是我们在教学过程中用过的两个题目: 　　(1)C程序“hello,world”从开始编辑到最终运行在系统中会产生多少进程/线程? 　　(2)C程序“hello,world”在当前系统中运行一次,其产生的最少、常规、最多(理论上)缺页次数是多少? 　　这两个题目将迫使学生针对具体的操作系统进行分析解答,由此获得的对Linux/Windows进程/线程模型和虚拟存储子系统的认识绝对不是普通习题可以达到的。 　　再例如页表的格式及地址转换,相关的习题都是基于一级页表,而真实系统中常见的多级页表却不见踪影,原因很简单,即使小进程的页表也需要若干KB的数据量,对于纸质书籍这往往是不可以接受的。在Web技术广泛应用的今天,我