Linux在操作系统教学中的应用

Ｌｉｎｕｘ在操作系统教学中的应用
【摘要】：操作系统是高校计算机专业重要的一门必修课程。

通过对操作系统教学的实践和研究，结合Linux的特点，将Linux引入到操作系统课堂教学和实验教学中。

实践证明，Linux的引入，很好地促进操作系统教学，提高了教学质量。

【关键词】：操作系统；Linux；课堂教学；实验教学
1. 引言
操作系统是计算机中必不可少的系统软件，是硬件的第一次扩充，在计算机系统中占据了特别重要的地位。

而操作系统课程是计算机学科领域的重要课程，一直在计算机专业的教学计划中占据重要位置。

该课程是一门综合性课程，其中许多概念、过程比较抽象，不容易理解。

它要求学生不仅要有很强的抽象思维能力，而且还必须具有深厚的程序设计语言功底、扎实的《数据结构》基础和一定的硬件基础知识，所以大部分学生对它存在一种畏难情绪。

目前，操作系统课程教学理论与实际脱节，实验环节比较薄弱，大部分学生对操作系统的学习仍停留在理论层面上，因此有必要在操作系统教学过程中结合具体操作系统实例演示，同时加强操作系统实验课的教学。

Linux是一个年轻的操作系统，从1991年诞生至今不过15年的时间。

但是，它的发展和应用却异常迅猛，已经成为操作系统领域的一支重要的生力军。

Linux是一种免费的、开放源代码的、交互式的、多用户和多任务的、类UNIX 的网络操作系统，其目的是建立不受任何商品化软件版权制约的、全世界能自由使用的UNIX兼容产品。

过去，大部分操作系统课程都以UNIX为例进行讲授，随着Linux进一步的发展和普及，我认为应该将Linux引入到我们平时的课堂，促进操作系统理论的学习和理解。

2. Linux的主要特点
1）低廉的价格。

Linux最初是免费的，附加应用程序也是兼容免费的，即便是商业化的Linux版本，价格也是相当低廉的。

2）可靠性。

Linux继承了Unix的优良特性，可以连续运行数月、数年而无须重新启动。

在过去十几年的广泛使用中，只有屈指可数的几个病毒感染过Linux。

这种强免疫性归功于Linux系统健壮、稳固的基础架构。

Linux的基础架构有相互无关的层组成，每层都有特定的功能和严格的权限许可，从而保证其最大限度地稳定运行。

3）多用户。

Linux支持多个用户从相同的或不同的终端上同时使用同一台计算机，而且没有商业软件所谓的许可证(License)的限制。

在同一时间段中，Linux系统中的每个用户对自己的资源有特定的权限，不会相互影响。

4）多任务。

在Linux系统中，可以同时运行许多程序。

多任务是指除了许多用户程序可以同时运行以外，Linux操作系统本身还可以在后台运行程序。

5）图形用户界面。

Windows的图形用户界面是跟系统紧密相连的，如果图形用户界面出现故障，整个计算机都不能正常工作。

Linux的字符界面下利用shell命令就可以实现系统管理、网络服务等基本功能。

Linux图形用户界面只是为了让Linux的操作更简单；Linux图形用户界面中的运行程序如果出现故障，一般可以正常退出，不需要重新起机。

6）可移植性很强。

Linux是一种可移植性很强的操作系统，无论是掌上电脑、个人计算机、小型机，还是中型机都可运行Linux。

可以通过配置支持所有能够连接到计算机的硬件类型，可以支持软盘驱动器、光盘驱动器、可移动磁盘、声卡、磁带设备、视频卡及其他任何一种设备。

3. Linux在操作系统课堂教学中的应用
在通常的操作系统课程的教学过程中，学生的学习目的不太明确，往往只是将每堂课的原理和算法理解和掌握，而不知道为何要学习这些原理和算法，也不能将各章节的内容联系起来，更无法将所学知识与操作系统的实际应用联系起来。

所以，操作系统学习结束，学生掌握的只是支离破碎的知识点，达不到设立操作系统这门课的目的。

同时，目前操作系统课程教材主要是围绕操作系统的主要功能进行原理性的阐述，包括：进程管理、处理机调度、存储器管理、文件管理、设备管理等，具有较强的理论性，内容相对抽象。

大多数教师在上课时虽然已放弃黑板板书，开始使用与教材配套的课件，但课件基本只是对各种原理和算法进行罗列，缺乏生动性，教学手段单一，很难提高学生的学习兴趣，使得操作系统课程的教与学两方面都觉得乏味。

针对以上一些问题，在操作系统教学过程中，我将Linux操作系统引入到操作系统教学课堂，在操作系统的授课过程中穿插Linux的相关知识。

实践证明，对促进学生对操作系统的理解和掌握有很大的作用。

1）Linux的新奇性引发了学生的学习兴趣，极大提高了学生的积极性。

平时的日常生活和学习中，绝大多数同学用的都是Microsoft的Windows系统，很少接触到其他的操作系统。

经过接触和学习，Linux的优点、作用和用处很快被学生们所认同，再加上这个阶段的学生大多有较强的求知欲，所以，操作系统的课堂气氛非常融洽。

2）Linux操作的直观性和形象性促进了学生对概念、算法等理论知识的
理解，教学效果有显著提高。

众所周知，操作系统的理论性非常强，只是单纯地从字面上去理解，很难掌握。

在授课过程中，遇到新的难理解的知识点，我就在Linux上进行相应操作，将知识点形象的展示给学生，帮助学生尽快地理解并掌握知识点。

例如，进程是操作系统中重要却难理解的一个概念。

进程之所以重要，不但因为它是操作系统的一个核心概念，在操作系统的后续学习中都以之为基础，而且，在我们的日常生活和其它学习中，进程也是必不可少的。

但是，我们通常接触的最多的是程序，因此进程又是比较难理解的一个概念。

讲到进程的时候，为了便于理解，我在Linux的终端窗口中边操作边讲解。

我输入find命令进行文件的查找，我告诉同学们，find命令本身是程序，是静态的，当我按下回车键，它开始执行，同时，find查找的过程在屏幕上显示出来，这个查找的过程，就是find对应的进程。

当查找完毕，刷屏停止，进程也就结束了。

这样一来，学生不但理解了进程的概念，而且把进程的动态性和有生命周期的特点都掌握了。

3）课外操作Linux，让学生温故知新，巩固了知识，技能也得到很大提高。

4. 利用Linux加强操作系统实验教学
早期计算机专业的学生学习操作系统，往往局限于基本理论知识的掌握和一些典型算法的实践，学生很少有机会去了解操作系统的内部结构和实现技术。

现在，Linux以其源代码开放和其它优点，已成为大学生尤其是研究型大学学生学习、研究计算机基础支撑软件的首选。

所以，Linux不失为操作系统课程实验教学的出色实验平台。

下面，从几个层面分析一下Linux在操作系统实验教学中的应用。

1）要使用Linux，首先要掌握的就是会安装Linux操作系统。

所以，我让学生做的第一件事情就是熟练安装Linux操作系统。

当然，对于一个操作系统来讲，最基础的就是安装，没有安装，使用也就无从谈起，Linux也不例外。

而且，在安装的过程中，对Linux这个操作系统的内部架构会有一个最初的笼统的印象，对于Linux操作系统的后续学习和使用也有很大的帮助。

2）熟练掌握Linux 的基本操作。

要求学生熟练掌握Linux 的基本命令，内核编译方法。

如掌握常用的进程控制命令、显示命令、文件和目录操作命令、网络命令的使用；掌握文本编辑器的使用，gcc编译C程序等。

在操作的过程中，了解Linux的工作原理，更能促进操作系统的相关重要概念的理解。

3）了解Linux 内核的组成。

Linux内核主要由5个模块组成，它们分别是：进程调度模块、内存管理模块、文件系统模块、进程间通信模块和网络接口模块。

操作系统五大功能模块分别是: 处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理，用户接口。

将这些功能与内核模块结合，分析其源代码。

在实验的过程中，结合Linux的内部结构，深入理解操作系统的五大功能以及这些功能之间的约束和联系，并在形象的层面上有一定把握。

4）修改内核程序。

在熟悉内核的基础上，学生可以进行操作系统部分代码的具体设计。

从读解源代码到设计部分代码，对学生来说是个质的飞跃。

当然，学生需要了解原系统相关的复杂数据结构及与其他模块的关系，工作量仍很大。

鉴于本门课程时间有限和难度偏大，有余力的学生可以选做，不作统一要求。

5. 结束语
总而言之，操作系统是高校计算机教学中的重要课程，过去，在国外和国内一般以UNIX为实验平台。

我们将Linux这样优秀的开放源代码操作系统引入到操作系统教学中，对于促进学生对操作系统知识的理解和掌握及提高教学质量起到了很好的作用。

同时，在学习操作系统的过程中，提高了学生的动手能力和其它技能，并且为后面的深造和就业奠定了坚定的基础。

参考文献
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[2] 张彦俊, 孙晓宇. 关心，Linux操作系统在高校教育中的发展前景探析，2006.7 VOL7.
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[4] 陈莉君. 深入分析Linux内核源代码, 人民邮电出版社, 北京，2002.8.。