体会，探讨如何为学生建立操作系统整体的概念问题。
关键词：操作系统；整体概念；作业
操作系统是一个重要的系统软件，它是若干程序模块的集合，这个集合以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行[1]。在计算机系统中，操作系统作为一个整体来完成上述功能。
在操作系统教学中，将操作系统按照其功能分成进程管理、调度管理、存储管理、文件管理和设备管理等内容，分章节进行讲解。在教学中我们发现，尽管在前言部分介绍了操作系统的概念和功能，并且也强调了操作系统作为一个“整体”的概念，但在其后各章节的教学中，如果不能将“整体”的思想贯穿始终，不加以“整体”概念的引导，学生得到的仍是一些“零散”的知识。基于此，教材[2]以“硬件相关、应用无关”为主线实施了整体知识的贯穿。
1 “整体”概念的引出
在前言部分，我们在介绍操作系统的定义和功能时，以一道程序的运行过程展开，如图1所示，最后再扩展到多道程序，如图2所示，我们采用PPT的自定义动画功能制作这部分课件。
在图1中，首先用文字显示“启动系统”和“用户接口”，说明开机后启动了操作系统，为用户提供了操作界面。然后依次显示“程序进入并运行”、“存储管理”、“文件管理”、“设备管理”、“CPU”、“调度”等。结合这个显示顺序，依次讲解：用户通过操作系统提供的接口，输入并执行程序，程序在运行过程中，需要占用内存空间，产生的数据可能需要以文件的形式存储到磁盘或者从磁盘的文件中读取数据，还可能需要从输入设备直接读取数据或者向输出设备发送数据，程序运行过程中更离不开CPU的控制、计算和处理，而这些过程的协调则需要统一的调度机制。
在介绍了一道程序的运行过程后，再依次显示多道程序的进入和退出(图2)，说明现代操作系统中同时有多道程序运行，这些程序不断进入、退出，其中某些程序之间还可能存在联系，每个程序都可能需要前面介绍的各种资源和管理功能，现代操作系统作为一个整体，将力争合理地组织这样多道程序的工作流程，管理相关的资源。
2 “整体”思想的贯穿
在前言部分引出操作系统整体概念的基础上，我们还注意在各章节讲解中贯穿这一思想。在我们的教学中，第2章的内容是用户接口与作业管理，我们在这章内容讲解时，介绍了作业的执行过程，特别提及了作业进入输入井、在内存中执行、再到输出井的过程(图3)，学生通过这一章接收了“作业”的概念，了解了作业执行过程，这也为我们在后面的教学内容中以“作业”来贯穿操作系统的整体思想提供了条件。
2.1 在“进程管理”部分的贯穿
讲解“进程管理”前，在该章首页首先显示图3的内容，介绍作业在进入主存执行时，将被创建成进程，进程在执行过程中由于是否能被CPU调度、是否能获得所需资源等问题而呈现不同的状态，CPU及各种资源发生变化时，将触发进程从一个状态转换到另一个状态，不同进程之间可能会因传递信息发生直接的联系，也可能因抢占资源发生间接的联系，资源管理不当就可能发生死锁，对此需要进行预防和解除，这部分功能就是进程管理。如图4所示，显示时先将三个状态放大再出现“进程管理”。
2.2 在“处理机调度”部分的贯穿
讲解处理机调度前，在该章首页首先显示图3的内容，介绍多道作业进入输入井后，由于内存空间所限，只有部分作业能够被创建进程，以什么顺序来完成这一工作，就涉及作业调度问题。在内存中，处于就绪状态的进程可能有多个，但CPU只能选择一个进程执行，CPU以什么顺序选择进程，又涉及进程调度。同时，在线程机制中也涉及CPU对就绪状态的线程的选择问题，进程的挂起、激活等又涉及内外存调度(交换调度)问题，完成这些工作的功能就是处理机调度，如图5所示。
2.3 在“存储管理”部分的贯穿
讲解“存储管理”前，在该章首页首先显示图3的内容，介绍进程的创建和执行需要向主存申请空间，存储其代码、数据、进程控制块等，进程结束后又要释放其占用的主存空间，这将涉及主存空间的划分、分配、回收及相关的数据结构；同时，进程的代码、数据在程序空间和主存中的编址方式不同，在装入主存、链接、执行等过程中又涉及地址变换问题；由于主存提供的空间有限，为提高系统的并发度和资源利用率，将采用覆盖、交换、段式或页式及段页式管理、乃至虚拟存储技术。完成这些工作的功能就是存储管理。如图6所示，显示时先将存储器部分“放大”再出现“存储管理”。
2.4 在“文件系统”部分的贯穿
讲解“文件系统”前，在该章首页首先显示图3的内容，介绍进程在执行过程中可能会产生一些数据，这些数据需要以某种格式永久保存在某个存储介质上，还可能读取已经保存在存储介质上的数据或对其修改，这将涉及数据格式的设计、存储的格式、用户和进程操作的方法等。同时，由于保存数据的介质主要是磁盘，而且用户程序本身也要存储在磁盘上，因此还将涉及磁盘空间的分配和回收问题。完成这些工作的功能就是文件系统(图7)。
2.5 在“设备管理”部分的贯穿
讲解“设备管理”前，该章首页首先显示图3的内容，介绍进程在执行过程中除了占用主存空间、磁盘空间外，还可能直接从外部设备上(如鼠标、键盘、摄像机等)输入数据或者直接向外部设备(显示器、打印机、麦克风等)输出数据，与内存和磁盘同样，这些外部设备也涉及分配、回收、工作方式及相关数据结构。完成这些工作的功能就是设备管理(图8)。
以作业执行过程作为主线，在进程管理、处理机调度、存储管理、文件管理、设备管理各章的开始，分别采用前述2.1~2.5的方法引出该章的内容，从而将各章的内容联系起来，贯穿操作系统作为一个“整体”的思想。
3 “整体”问题的深化
我们在教学中，不仅在前言部分引出操作系统的整体概念、在各章内容讲解前贯穿操作系统整体这一思想，而且在各章内部以及一些章节之间的联系方面也时时深化操作系统整体的问题。
此外，在实验内容安排、测验，特别是期末考试等环节，我们也尽力安排相关的内容，加深学生对于操作系统作为一个整体问题的理解。
4 结语
我们从操作系统“整体”概念的引出、贯穿及深化几方面，以作业执行为主线，探讨了操作系统教学中整体概念的建立方法，我们在教学中应用这些方法，已取得了一定的效果。
参考文献：
[1] 张尧学,史美林,张高. 计算机操作系统教程[M]. 3版. 北京:清华大学出版社, 2006:1-2.
[2] 孟静. 操作系统教程:原理和实力分析[M]. 2版. 北京:高等教育出版社,2006:3-6.
Building a Whole Concept for Operating System Teaching
WANG Daling, LIN Shukuan, BAO Yubin, LENG Fangling
(School of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China)
Abstract: As a whole, operating system organizes and manages software and hardware of computers, and provides various services for users. In operating system course, the whole is partitioned into many chapters and sections on functions for teaching. If the whole concept can not be inducted for students, the students may only acquire some scattered knowledge. In this paper, we discuss how to build a whole concept about operating system according to our experience in teaching and courseware programming.
Key words: operating system; whole concept; job
(编辑：姚彦如)
