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“操作系统”课程实践教学的研究与实践 　　摘要：本文提出了以教学操作系统GeekOS为教学平台构建课程设计环境，利用Bochs PC模拟器调试和编译，逐步扩充GeekOS系统的方法，让学生实际参与操作系统功能的设计，使学生能更好的理解操作系统的理论，达到更好的教学效果。 　　关键词：操作系统；实践教学；教学操作系统；GeekOS 　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 　　文章编号：1672-5913 (2007) 22-0018-03 　　 　　1操作系统课程实践现状 　　 　　国外大学的实践性环节多数是要求学生独立或合作完成一个简单的操作系统内核设计或者完成部分功能模块，即实现级。他们主要使用的教学操作系统有OSP、OS/161、NACHOS、MINIX、XINIX、TOYOS。而国内高校因为师资力量、实验环境及学生自身程序设计能力等因素的不同，对操作系统课程实践环节的要求层次不一：有的要求学生合作完成一个小型操作系统的设计的；有的要求学生剖析具体操作系统(如DOS、UNIX等)的实现机理，替换一些功能模块；有的要求对操作系统的一些算法进行模拟实现，以加深对操作系统原理的理解。各高校在讲授操作系统课程时，一般都会设置有16~24个学时同步进行的实验。部分对操作系统实践环节比较重视的高校，还增加开设操作系统课程设计环节，时间为30~40个学时。经过对国内外高校的调研总结，操作系统课程的实践方式目前主要分为以下几种类型： 　　(1) 观察与体验 　　这是最简单的实践方式。即选择某个实际的操作系统作为实验环境,学生通过观察操作系统的具体运行过程来体会操作系统原理的内涵，通过其提供的系统调用来观察和验证操作系统中一些技术。这种方法不需要编写操作系统功能实现的代码，对真正理解操作系统内在功能的具体实现意义不大。 　　(2) 算法仿真 　　这是一般院校最常见的实践方式。老师选取操作系统中的一些典型技术，如内存分配算法、生产者/消费者同步问题，让学生编写程序来模拟实现操作系统的功能。此种方式与程序设计课程的上机作业基本类似，有利于加深学生对操作系统理论和技术的理解，但达不到培养学生掌握操作系统的整体设计思想的目的。 　　(3) 替换功能模块 　　这是较流行的实践方式。一般是以开放源代码的Linux为平台，让学生首先阅读系统代码，在理解部分操作系统功能的实现原理后，再要求学生用自己设计的功能模块替换其中相应的功能或为其扩展功能。浙江大学在这方面做得比较成功。但Linux是一个商业操作系统，系统庞大，结构复杂，对学校的师资和学生的能力要求都较高，一般院校实施的效果不是很好，也达不到培养学生掌握操作系统的整体设计思想的目的。 　　(4) 扩展设计操作系统 　　这是对操作系统教学比较理想的实践方式。由任课教师提供一个只具有简单内核的教学操作系统的基本雏形，让学生对其功能进行完善和扩充。学生在一个虚拟或者真实的操作系统环境中进行动手实践，直接操作修改操作系统内核，从而达到掌握操作系统设计策略和技术方法的目的。当然也有学校要求学生独立设计一个结构相对简单但功能基本完备的小型操作系统。例如上海交通大学在操作系统实验中曾要求学生独立设计一个称为MOS的操作系统。由于与操作系统课程实验的教学目标相一致，这可能是最理想的实验方案。不过由于操作系统是一个大型的系统软件，其设计过于复杂，因此在实施起来有一定难度。 　　 　　3GeekOS教学操作系统 　　 　　教学实践证明，最好的“操作系统”课程实践平台并不是实用的商业操作系统，因为它过于庞大，设计复杂，短时间内难于掌握。而应该是一种与实际使用的操作系统比较接近，但规模又较小、易理解、便于调试的系统，即面向教学的操作系统。最重要的是系统要符合课程的需要?D?D可留出一些作为学生作业的练习，帮助学生熟悉实际操作系统的结构和设计。 　　美国马里兰大学教师必威体育精装版开发的GeekOS，就是一个专门为满足操作系统课程教学要求设计的实践平台，它具有以下优点： 　　(1) GeekOS是一个基于通用x86架构的PC机上运行的微操作系统内核,作为一个GPL开源软件,任何人都可以在GPL下修改和免费使用, 由于其简单、实用、易懂，使得学生更易于理解操作系统的设计思想和实现过程。 　　(2) GeekOS是一个用C语言开发的操作系统，某种程度而言，GeekOS操作系统就是一个C语言程序，实践开发环境易于实现。学生可以在Linux或Unix环境下编程，对其进行功能扩充，也可以在Windows下使用Cygwin工具进行开发。 　　(3) 作为一个教学使用的操作系统，GeekOS围绕现代操作系统原理中的重要概念与方法，按照教学循序渐进的进度为学生设计了7个项目。这些项目由浅入深，对激发