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摘 要：在教学实践中“操作系统”的教学不易落到实处,即原理容易讲,但要让学生“体验”这些原理却并不容易.文章通过一个启发式教学设计的实例,阐述对于该问题的一些思考.

关 键 词：启发式教学；实时调度；操作系统；最早截至时间优先；最低松弛度优先

文章编号：1672-5913（2013）03-0062-04

中图分类号：G642

“操作系统”是计算机相关专业的一门核心专业课,而实时调度算法是“操作系统”课程中的一个重要内容,在多数的“操作系统”教科书中主要介绍了两种实时调度算法,即最早截止时间优先算法（EarliestDeadlineFirst,EDF）和最低松弛度优先算法（LeastLaxityFirst,LLF）.这两个算法看上去并不难理解,然而问题往往并不像看起来那样简单.事实上,在操作系统的教学中有一个很大的困难,即操作系统的教学不易落到实处,即原理容易讲,但要让学生“体验”这些原理却并不容易.操作系统课程中涉及大量算法,如进程调度算法、死锁避免算法、页面置换算法等.表面上这些算法看起来比较容易,但要让学生理解算法后面蕴含的深刻道理,并从这些算法中发现一些问题就绝非易事了.

对于这个困难,我们希望通过一些启发式的教学设计,引导学生从程序员、从算法设计者的角度去分析和思考算法中的一些问题,从而将抽象的原理转化为具体的问题和解决方案,加深对这些原理的理解.下面结合实时调度算法的例子来阐述对于启发式教学设计的思考.

1实时调度算法的启发式教学设计

1.1调度算法问题定义

很多“操作系统”教科书中都介绍了两个重要的实时调度算法,一个是EDF,另一个是LLF.这两个实时调度算法的调度准则都很简单,课堂讲授时学生并不难理解.然而,这两个不同的调度算法在应用中的效果如何,教科书中并没有给出进一步的分析和讨论.事实上,这是一个很好的启发式教学的切入点,我们就从这里出发来设计问题.首先来看一看EDF算法和LLF算法的思想.

EDF算法是根据任务的开始截止时间来确定任务的优先级.截止时间愈早,其优先级愈高.该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列,该队列按各任务截止时间的早晚排序；当然,具有最早截止时间的任务排在队列的最前面.调度程序在选择任务时,总是选择就绪队列中的第一个任务,为之分配处理机,使之投入运行.截止时间可以是开始截止时间,也可以是完成截止时间.一般来说,完成截止时间等于开始截止时间加上任务处理时间.

LLF算法是根据任务紧急（或松弛）的程度,来确定任务的优先级.任务的紧急程度越高,越优先执行.例如,一个任务在200ms时必须完成,而它本身所需的运行时间就有100ms,因此,该任务的紧急程度（松弛程度）为100ms.又如,另一任务在400ms时必须完成,它本身需要运行150ms,则其松弛程度为250ms.调度程序总是选择就绪队列中松弛度最小的任务执行.LLF算法主要采用抢占调度方式.

1.2发现问题

按照教科书的描述和给出的示例,在LLF算法中,当有新任务到达时,并不马上比较当前所有任务的松弛度（包括正在执行的任务）,而是等到某个在等待的任务的松弛度降为零才进行切换,即选择这个松弛度已经降为零的任务运行.按照这个原则,我们在启发式教学设计中提出的第一个问题.

第一个问题：按照教科书给出的LLF算法调度原则,是否会存在不可调度的情况?

经过分析,很容易找出问题,如图1中给出的示例.

通过上面的示例可知,在某些情况下,当某个任务在执行过程中,若某个（或某些）正在等待的任务的松弛度减至0s,则可能会导致任务无法成功调度,而实际上系统能力是允许成功调度的.

1.3提出改进

针对前面提出的问题,可以引导学生对LLF算法的调度准则进行改进.通常比较容易想到的改进是,修正松弛度的计算和任务切换时机,即松弛度不需要随时计算,而在如下两种情况时进行计算：

1）当前任务正在执行时新任务到达,可能会引起抢占和任务切换,此时需要计算并比较松弛度；

2）当前