实施操作系统课程的案例教学的方式:

实施操作系统课程的案例教学的方式

一、使用信号量实现互斥的案例 （一）基本方法 对于临界资源R，设置信号量Mutex，初始值为1。为了 使多个进程互斥地访问R，每个进程中访问R的临界区代码段 都要放在Wait（Mutex）和Signal（Mutex）两个操作之间。

每个访问临界资源R的循环进程可以描述如下：
Pi（）{ Wait（Mutex）；

Critical section；

Signal（Mutex） Remaider section；

} （二）案例分析 有了基本方法，学生对解决问题的思路有了大体了解，但是针对具体问题并不一定能够解决。在这里可以给出学生 几个案例，如单向桥问题、吃水果问题、阅览室问题等。让 学生真正去“体验”一下解决过程，这样才会对理论讲解有 更加深刻的认识，促使学生结合教学案例给出中的现实情况， 在解决问题的过程中创造性地提出解决方案[3]。

下面以单向桥问题为例进行简单介绍。

1. 案例介绍 有一单向行驶的公路桥，每次只允许一辆汽车通过。当 汽车到达桥头时，若桥上无车，便可上桥；
否则需等待，直 到桥上的汽车下桥为止。若每一辆车为一个进程，请用Wait、 Signal操作保证汽车按要求过桥。

2. 案例分析 可以将公路桥看作一个临界资源，设置一个信号量S实 现互斥，初值为1。由于每个汽车过桥的过程相同，这里只 给出一辆汽车Pi过桥的同步描述。

Semaphore S=1；

Pi（ ）{ While（1）{ 到达桥头；

Wait（Mutex）；

上桥行驶；

到达桥的另一端；

[收稿日期] 2014-08-12；
[修回日期] 2014-09-27[基金项目] 滨州学院专业核心课程项目 （BYHXKC201412） Signal（Mutex）；

} } 3. 教学组织 传统教学是注入式教学，而在案例教学过程中，教师是 主导地位，学生是主体地位，教师可以带领学生从未知领域 进入已知领域[4]。在组织实施时，可以在给出问题描述后 先让学生讨论，然后引导学生分析在这个问题中需要互斥访 问的临界资源是什么，如何去定义信号量，初始值是多少。

定义好信号量后，和学生一起写出解决这个问题的算法。

二、利用信号量实现前趋关系的案例 有些进程在运行时具有前趋关系。例如，进程C完成数 据处理后进程P才可以进行结果打印，则进程C和P之间存在 前趋关系，即C→P。利用信号量可以实现进程间的前趋关系。

（一）基本方法 在实现前趋关系时，可以为进程C和P定义一个公用信号 量S，并设置初始值0。进程C完成数据处理后要执行Signal （S）操作向进程P发一个信号，而进程P在打印之前要执行 Wait（S）操作，即收到信号后才可以打印。

（二）案例分析 在操作系统中也有很多有趣的进程同步问题可以归为这一类，如公共汽车问题、围棋问题、抽烟问题、4×100接 力赛问题等。下面以公共汽车问题为例进行介绍。

1. 案例介绍 在公共汽车上，司机和售票员各行其职，司机负责开车 和到站停车；
售票员负责售票和开、关车门，当售票员关好 车门后，驾驶员才能开车行驶。试用Wait、Signal操作实现 司机与售票员间的同步。

2. 案例分析 这是一个典型的用信号量实现前趋关系的案例：司机必 须到站停车后售票员才可以打开车门，乘客上车，售票员关 上车门后司机才可以再开车行驶。所以，在这个案例中要定 义两个信号量，一个是司机何时开车，一个是售票员何时开 车门。司机和售票员的同步关系可描述如下：
Semaphore S1=0；

/*开车信号 Semaphore S2=0；

/*开车门信号 Driver（ ）{ While（1）{ 正常行车；

到站停车；

Signal（S2）；

Wait（S1）；

} }BookingClerk（ ）{ While（1）{ 售票；

Wait（S2）；

开车门；

关车门；

Signal（S1）；

} } 3. 教学组织 同样，可以在给出案例描述后先让学生思考讨论，然后 引导学生分析在这个问题中司机和售票员哪些地方需要实 现前趋关系，如何去定义信号量，初始值是多少。定义好信 号量后，可以和学生一起分析写出解决这个问题的算法。

三、综合案例 还有一些案例，既涉及到进程互斥问题，又涉及到进程 的前趋关系，就需要定义多个信号量来分别实现，如嗜睡的 理发师问题、体现写者优先的读者-写者问题等。实际上， 对于这样的综合问题，只需要把上述两种方法结合起来即可。

解题时，关键在于分析出问题中有哪些临界资源或哪些进程 之间具有前趋关系。分清这一点，就可以为临界资源或前趋 关系定义信号量了。一般情况下，实现进程互斥时，定义的 信号量初始值为1，而实现前趋关系时，信号量的初始值为0。在研究性学习中运用教学案例，可以让学生体会在特殊 中蕴含的一般性理论，所以，在设计教学案例时，还要注意 案例本身的表征方式难易程度[5]。

参考文献：
[1] 石敏力.案例教学理论研究综述[J].才智，2012 （5）：310. [2] 汤小丹，梁红兵，哲凤屏，等.计算机操作系统[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2014：47-57. [3] 魏葵.充分发挥案例教学在应用型人才培养中的作 用[J].物流教育，2011（2）：191-192. [4] 刘彩霞，孙杰. 案例教学对大学生问题意识的培养 [J].边疆经济文化，2011（3）：153-154. [5] 蔡伟.案例教学在研究性学习中的实施策略[J].科 学大众（科学教育），2012（2）：36.