《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理》實(shí)驗(yàn)課程探索

呂濤

摘 要 《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理》課程做為計(jì)算機(jī)專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，存在課時(shí)安排少、知識(shí)點(diǎn)多、實(shí)驗(yàn)課程少等缺點(diǎn)。本文主要基于開(kāi)源的操作系統(tǒng)€%eC/OS-II的特點(diǎn)，討論將該操作系統(tǒng)做為實(shí)驗(yàn)課程的一些探索，旨在解決課程理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn) €%eC/OS-II

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，受目前條件約束，國(guó)內(nèi)高校針對(duì)于該門課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)基本缺失，部分高校根本沒(méi)有實(shí)踐環(huán)節(jié)，有些高校實(shí)驗(yàn)課也是以使用操作系統(tǒng)為主，僅少數(shù)高校建有專門的實(shí)驗(yàn)室并提供相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)。國(guó)內(nèi)高校操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容一般包括3種類型：使用操作系統(tǒng)、模擬實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)、設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)。由于教學(xué)內(nèi)容理論性太強(qiáng)，缺乏對(duì)某一具體操作系統(tǒng)的介紹和分析，大多數(shù)學(xué)生在做操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，往往不知道該如何下手。許多操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)更像是在做數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的習(xí)題，能夠幫助理解操作系統(tǒng)某一功能或機(jī)制的內(nèi)容幾乎沒(méi)有。學(xué)生做的有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)太少，缺少課程學(xué)習(xí)心得，缺少課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生參與科研的機(jī)會(huì)少，這些均不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。偏理論而輕實(shí)踐，或者說(shuō)，實(shí)踐內(nèi)容不合理是當(dāng)前操作系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中一個(gè)最突出的問(wèn)題。筆者通過(guò)多年的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為通過(guò)將€%eC/OS-II引入到實(shí)驗(yàn)課程是一個(gè)解決該問(wèn)題的一種重要途徑。

1 €%eC/OS-II使用廣泛，具有教學(xué)價(jià)值

€%eC/OS-II是一種可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，搶占式的，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。它被廣泛應(yīng)用于微處理器、微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器。2000年，€%eC/OS-II操作系統(tǒng)得到了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局對(duì)于商用飛機(jī)、符合RTCA DO-178B標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，這一事件的發(fā)生證明，€%eC/OS-II操作系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定性和安全性。

2硬件平臺(tái)要求低，開(kāi)源設(shè)計(jì)，免費(fèi)獲取

現(xiàn)在有很多操作系統(tǒng)，但為什么要選擇€%eC/OS-II呢？一些嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如VxWorks，pSOS，WinCE，PalmOS等，大多對(duì)系統(tǒng)硬件配置有較高的要求，如要求有內(nèi)存管理單元（MMU），較大容量的ROM和RAM空間等，同時(shí)操作系統(tǒng)自身和相應(yīng)配套的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具價(jià)格較高，而且許多操作系統(tǒng)的廠商要求用戶在批量生產(chǎn)時(shí)要按產(chǎn)品數(shù)量交納版稅，所以它們對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都不是最合適的選擇。而€%eC/OS-II具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）源代碼開(kāi)放：€%eC/OS-II的源代碼可以免費(fèi)獲取，且標(biāo)有清晰的注釋，可讀性好。

（2）可移植性好：€%eC/OS-II的源代碼90%以上是用C語(yǔ)言編寫的，可以很容易地把它移植到各類8位、16位和32位處理器上。

因此，一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書就可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完全不用購(gòu)買新的硬件設(shè)備；而且€%eC/OS-II可移植性好，可借助單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室或嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而這些實(shí)驗(yàn)室是大部分高校已經(jīng)具備的。

3 C/OS-II實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富，與理論教學(xué)緊密聯(lián)系

C/OS-II是由美國(guó)工程師Jean Labrosse編寫的嵌入式多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)鐘管理、任務(wù)間通信同步（信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列）和內(nèi)存管理。這些內(nèi)容也均是理論教學(xué)的重點(diǎn)。通過(guò)將uC/OS-II移植到x86計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，學(xué)生可以全面的了解一個(gè)操作系統(tǒng)的架構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制。解決理論學(xué)習(xí)無(wú)法聯(lián)系實(shí)際的弊端。

4 學(xué)習(xí)門檻低，上手快

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理》目前在國(guó)內(nèi)高校的課時(shí)安排最多為64個(gè)學(xué)時(shí)，僅僅幾十個(gè)學(xué)時(shí)要讓學(xué)生掌握一門課程的理論知識(shí)都非常困難，更何況還要理論聯(lián)系實(shí)際。所以大多數(shù)學(xué)生在面臨有關(guān)操作系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或科研任務(wù)時(shí)，經(jīng)常選擇是繞道而行，感覺(jué)自己無(wú)從下手或能力不夠。€%eC/OS-II操作系統(tǒng)中的絕大部分的代碼是用C語(yǔ)言編寫的，作者在編寫的時(shí)候已經(jīng)將匯編語(yǔ)言代碼壓縮到最少，只有與處理器緊密相關(guān)的代碼是用匯編語(yǔ)言編寫，這樣的做法使得讀者在閱讀代碼和使用代碼的時(shí)候?qū)@得更多的方便、能更簡(jiǎn)明易懂的搞懂系統(tǒng)的代碼，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)樘щy而產(chǎn)生抵觸情緒。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)課程建設(shè)，我們也認(rèn)識(shí)到：

（1）操作系統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步完善，在時(shí)間和驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)上需要進(jìn)一步探索，類型需要進(jìn)一步更新。

（2）操作系統(tǒng)教學(xué)如何體現(xiàn)創(chuàng)新能力的問(wèn)題需要進(jìn)一步探索，如在思維、革新和應(yīng)用上的創(chuàng)新。

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