Jaｖa语言在进程管理教学中的应用 &nbsh1; Ｊａｖａ语言在进程管理教学中的应用 邵奇峰 ：1672-5913(2009)02-0111-03 摘 要：传统操作系统课程以伪语言描述进程管理算法有诸多不足，本文提出了将Java语言应用于进程管理教学的具体方案，论述了Java语言描述进程概念与算法的详细实现，且针对经典同步问题给出了Java语言并发包的高级API实现。 Key：进程；线程；Jav...
邵奇峰
：1672-5913(2009)02-0111-03
摘 要：传统操作系统课程以伪语言描述进程管理算法有诸多不足，本文提出了将Java语言应用于进程管理教学的具体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，论述了Java语言描述进程概念与算法的详细实现，且针对经典同步问题给出了Java语言并发包的高级API实现。
Key：进程；线程；Java；同步
：G642
：B
1 引言
操作系统是计算机科学专业的核心课程，其中的进程管理部分不但是操作系统课程的重点，而且是其难点中的难点，很多学生直到研究生毕业仍没真正理解其实质。当前硬件多核时代已经来临，以往并发程序设计只出现在服务器应用中，如今连客户机应用也对并发程序设计提出了迫切的需求，因此就要求学生对作为并发程序设计基础的进程管理，不但要深刻掌握其核心理论，而且能熟练应用于实践之中。目前多数操作系统教材采用伪语言描述进程管理的相关算法，学生只能被动的阅读和分析，不能直观的察看运行结果、监控运行过程和修改调试代码，这就限制了学生对理论的深入理解和技术的实践应用。现代操作系统都以多线程进程的形式提供并发，Java语言的并发API对多线程程序设计提供了由低级到高级的完整API支持，笔者在教学中采用Java语言描述进程管理的概念与算法，不但使学生深入浅出的掌握了核心理论，而且使学生能立即将其应用于实践之中，收到了显著的效果。
2 Java语言描述进程基本概念
2.1 线程的异步性
线程的异步性是由于多个线程异步的并发修改同一数据引起的。以下代码创建了100个线程，每个线程异步的向account对象中增加1分钱，运行该程序会发现最终结果并非100，而且每次运行结果都不相同。通过该程序可使学生直观的观察到线程异步性的问题，教师可在此基础上提出竞争条件和临界区等基本概念，然后引入同步机制解决该代码的异步问题，如此学生可深刻意识到操作系统理论解决实际问题的重要性，产生对后续理论深入学习的兴趣。
import java.util.concurrent.*;
public class AccountWithoutSync {
private static Account account = new Account();
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors. newCachedThreadPool();
// Create and launch 100 threads
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executor.execute(new AddAPennyTask()); }
executor.shutdown();
// Wait until all tasks are finished
while (!executor.isTerminated()) { }
System.out.println("What is balance? " + account.getBalance()); }
// A thread for adding a penny to the account
private static class AddAPennyTask implements Runnable {
public void run() {
account.deposit(1); } }
// An inner class for account
private static class Account {
private int balance = 0;
public int getBalance() {
return balance; }
public void deposit(int amount) {
int newBalance = balance + amount;
// This delay is deliberately added to magnify the data-corruption problem and
// make it easy to see.
try {
Thread.sleep(5); }
catch (InterruptedException ex) { }
balance = newBalance; } } }
2.2 信号量
信号量(Semaphore)由Edsger Dijkstra于60年代提出，其主要用于限制访问共享资源的线程数目[1]，Java语言中的Semaphore类即是信号量概念的具体实现，其用法如下：
Semaphore sem = new Semaphore(n);
try{
sem.acquire(); //P操作
//critical section
}catch(InterruptedException ie){ }
finally{
sem.release(); //V操作
}
//remainder section
教师可在介绍其内部实现原理后，让学生用二元信号量(binary semaphore)解决2.1中的代码异步问题，立即将理论应用于实践，以加深对理论的理解。
2.3 管程
管程(Monitor)是由Brinch Hansen和Tony Hoare于70年代提出的一种高级同步原语[2]，寻常系统中已很少看到具体实现，以至许多学生甚至教师认为其仅是理想化的概念，所以通过伪语言很难向学生阐明其便利性和高效性。其实Java语言提供的synchronized同步锁即为管程的实现，Java语言的每个对象都有一个隐含锁(Lock)和一个内置条件变量(Condition)，如图1所示，等待获取对象锁的线程都在该对象的进入队列(entry set)中，因条件变量阻塞的线程都在该条件所对应的队列(wait set)中。
浙公网安备 33021202002483