操作系统课程之_读者_写者_问题教学探讨_邱剑锋

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1、第22期计算机教育562011年11月25日ComputerEducationNo.22Nov.25,2011文章编号：1672-5913(2011)22-0056-03中图分类号：G642文献标识码：A操作系统课程之“读者—写者”问题教学探讨12111邱剑锋，谢娟，李龙澍，汪继文，李炜(1.安徽大学计算机科学与技术学院，安徽合肥230039；2.安徽建筑工业学院数理系，安徽合肥230601)摘要：针对操作系统教学中概念多而繁杂、容易混淆，初学者存在畏难情绪等问题，文章提出采取类比、逐层解剖、层层深入、循序渐进的教学方法

2、，并以操作系统中的进程同步互斥问题中“读者－写者”问题为例，对其概念、算法进行形象启发、分层解剖的阐述，并结合多种教学方法，说明使学生能更深刻地理解进程同步互斥问题的方法。教学实践表明其效果良好。关键词：操作系统；分层解剖；读者－写者问题；PV原语；教学实践操作系统是计算机专业的一门核心课程(图1)，合初学者学习的实际情况，以进程同步中“读者－写者”其在计算机系统中的特殊地位，使得该课程的学习在为例，探讨如何由浅入深、循序渐进地开展教学工作。整个计算机学科教育中显得尤为重要。作为一门理论1问题描述性和实践性并重的课程，它

3、具有概念多、算法较抽象的特点，同时又涉及了程序设计语言、软件工程思想、“读者—写者”问题是现代操作系统中经典的进算法设计、计算机系统结构、网络等相关知识。枯燥程同步互斥问题，在以C/S模式为代表的多进(线)程的理论讲述往往使学生感到抽象、难懂，进而产生厌通信系统都可以作为该模型的不同表现形式，有着广[1]学的思想。尽管近年来一些高校在加强理论教学的同泛的应用。该问题描述如下：时，引入对操作系统内核的分析，如Linux操作系统，一个数据文件或记录可被多个进程所共享，我们在教学实践方面取得了一点的成效，但是对于初学者将其中只

4、要求读该文件的进程称为读者，即“Reader和教师而言，在一个学期内课时数不变的情况下，完进程”，其他进程称为写者，即“Writer进程”。多个成教与学的工作显得有点心有余而力不足。Reader进程和多个Writer进程在某个时间段内对该文件资源进行异步操作，也就是说允许多个进程同时读一个共享对象，但绝不允许一个Writer进程和其他Reader进程或Writer进程同时访问共享对象，因此，所谓“读者—写者问题”就是指必须保证一个Writer进程和其他进程(Writer进程和Reader进程)互斥地访问共享对象[2][3

5、]的同步问题。两者的读写操作限制如下：1)写—写互斥，即不允许多个写者同时对文件进行写操作；图1操作系统是多门计算机专业课程的基础2)读—写互斥，即不允许读者和写者同时对文为了在有限的教学时间内，提高教学效率，既让件分别进行读写操作；学生深入理解理论知识，又能借助PV操作原语来验3)读—读允许，即允许多个读者同时对文件进证操作系统的算法思想，笔者根据以往教学经验，结行读操作。基金项目：2009年国家级质量工程安徽大学计算机应用技术创新实验区项目(2009027042)；安徽省教育厅教改项目(2008jyxm274)；安徽

6、省高等学校优秀青年人才基金项目资助(2011SQRL018)；安徽大学青年科学研究基金(KJQN1015)。作者简介：邱剑锋，男，讲师，研究方向为计算机操作系统、数据挖掘、信号与信息处理等。第22期邱剑锋，等：操作系统课程之“读者—写者”问题教学探讨572分层解剖，降低难度满足互斥，即只有当小明和小强都不读时，王老师才可以写数据文件，反之，当王老师执行写操作时，小PV操作及同步互斥的实现是操作系统中重点难明和小强中任一个人都不能执行读操作。点内容之一，其中读者写者问题又是PV操作中经典根据上述思路，我们给出以下解决方案，

7、在保留的案例，为了使学生更好地理解这个知识点，在教学写互斥信号量Wmutex基础上，增加共享变量实践中，笔者采用分层解剖、化解难点、由浅到深的Readcount，该变量记录当前正在读数据集的读进程教学方法，取得了较好的教学效果。数目，初值为0。此外，注意到Readcount是一个可“读者—写者”问题是一个有代表性的进程同步问被多个Reader进程访问的临界资源，因此也需对它题，作为初学者要做到透彻理解并不容易，但是如果我进行互斥访问，设置一个读互斥信号量Rmutex，表们将该问题进行细分，由简单到复杂，理解难度将大大示读

8、进程互斥地访问共享变量Readcount，初值为1。降低，在每一种情况下都需要满足上述的读写规则。算法描述为：1)一个读者，一个写者共享一个数据文件。为了更好地让学生理解，我们把抽象的问题具体化。将一个读者比喻为一个学生小明，而一个写者比喻为老师王老师，而一个数据文件比喻成一个公告版。在该情况下，可以理解为王老师负责