XIV Simpsio Brasileiro de Informtica na Educao NCE IM/UFRJ 2003

Um Simulador para o Ensino de Sistemas Operacionais Luiz Paulo Maia, Ageu C. Pacheco Jr.

Ncleo de Computao Eletrnico Universidade Federal do Rio de Janeiro Caixa Postal 2.324 20001-970 Rio de Janeiro RJ Brasil

lpmaia@training.com.br, ageu@nce.ufrj.br

Abstract. A common problem faced by teachers and Computer Science students is the difficulty in attaining a proper understanding of the real dynamic nature of the computing events involved. In the specific case of operating systems, after many years lecturing on the subject, we started looking for a way to improve the approach in which the concepts and techniques were presented. This paper is the outcome of this research. It implements a simulator (SOsim) with visual facilities to serve as an effective tool for the better teaching & learning of concepts and techniques in modern operating systems, serving as a way to render the whole process more efficient.

1. Introduo O SOsim uma ferramenta de apoio educacional que permite facilitar o processo de ensino-aprendizado dos conceitos e tcnicas envolvidos em um sistema operacional moderno, tornando o processo mais eficiente, simples e agradvel. A partir de sua interface grfica e dos recursos de animao, o professor pode apresentar os mecanismos e seus relacionamentos de forma clara e dinmica, enquanto os estudantes podem visualizar facilmente os conceitos apresentados, observando como os mecanismos realmente acontecem. Alm disso, o professor tem a chance de melhorar a comunicao com os alunos e ampliar, assim, o poder de compreenso e entendimento dos conceitos de um sistema multiprogramvel.

Figura 1. Gerncia do processador e memria

O simulador permite apresentar os conceitos de multiprogramao e multitarefa, o conceito de processo e diversas opes de escalonamento (Figura 1). Alm disso, possvel visualizar todo o processo de gerncia de memria virtual, iniciando pela carga do programa at a poltica de substituio de pginas. O SOsim tambm oferece uma janela de log, onde todos os eventos da simulao so registrados, e diversas estatsticas sobre o comportamento da simulao [Maia 2001].

O SOsim foi implementado em uma linguagem de programao orientada a objetos e concebido para ser executado no ambiente Microsoft Windows. Alm disto, o software pode ser executado com

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poucos recursos de hardware e no exige qualquer tipo de dispositivo especial. Para executar o simulador no necessrio conhecimento de programao, apenas um computador pessoal (PC) a algum contato com o ambiente Windows. Professores e alunos devem apenas copiar o software na Internet e execut-lo [Maia 2002].

2. Consideraes Educacionais Sistemas operacionais uma importante disciplina no curso de Cincia da Computao. O currculo da disciplina aborda diversos conceitos e mecanismos um tanto complexos, como, por exemplo, o conceito de processo, gerncia de memria virtual e comunicao e sincronizao entre processos.

A experincia de alunos e professores nesta rea tem mostrado como grande a dificuldade em ensinar e compreender os conceitos e tcnicas apresentados. O modelo tradicional de aula em que o professor segue uma bibliografia, elabora transparncias para suas aulas e aplica alguns exerccios tericos, no parece suficiente para que a maioria dos alunos tenha uma compreenso precisa do que est sendo ensinado. O problema no est apenas no modelo de ensino, mas principalmente na falta de ferramentas capazes de traduzir para a realidade os conceitos tericos apresentados. Alm disso, poucos laboratrios prticos so implementados, tornando as aulas extremamente tericas e desmotivantes para os alunos. Na verdade, a falta de prtica distancia o aluno do objeto em estudo, dificultando a real compreenso dos conceitos e mecanismos envolvidos.

Apesar de todo o trabalho anteriormente desenvolvido [Maia and Machado 2002], existe um problema que o material impresso no resolve. Por melhores que sejam o professor e alunos, a apresentao da dinmica dos algoritmos e mecanismos implementados limita-se visualizao de uma pequena seqncia de eventos que tenta representar um grande nmero de situaes. A melhor forma de resolver o problema da apresentao da dinmica de um sistema operacional seria implementar uma ferramenta que reduzisse a distncia entre o modelo real e o modelo conceitual, tornando este ltimo mais prximo da realidade.

A grande vantagem pedaggica em utilizar tal ferramenta possibilitar a construo de um ambiente hbrido de ensino-aprendizado, onde aulas expositivas tradicionais e simulaes podem ser combinadas. Dessa forma, o comportamentalismo aplicado em sala de aula e o pensamento construtivista pode ser introduzido como apoio formao do conhecimento, permitindo a experimentao das teorias apresentadas em sala de aula.

3. Resultados O simulador vem sendo utilizado na disciplina de sistemas operacionais no curso de graduao em Informtica da PUC-Rio, onde so aplicados dois laboratrios. O primeiro explora os conceitos relacionados ao escalonamento e o segundo conceitos sobre memria virtual. Aps a realizao dos laboratrios, os alunos so solicitados a responder a uma pesquisa de forma annima [Maia 2003].

Em resumo, a pesquisa mostrou que a maioria dos alunos achou que o aprendizado foi mais agradvel, despertou o interesse sobre o assunto, auxiliou na compreenso dos conceitos e permitiu simular situaes reais. Os alunos tambm responderam que o software ajudou-os a visualizar conceitos e problemas referentes a sistemas operacionais, alm de aproximar a teoria prtica. A maioria dos alunos apoiou e elogiou a iniciativa de utilizao do software. Alguns alunos pediram um nmero maior de labs e outros sugeriram melhorias no simulador. Alm do resultado positivo apresentado na pesquisa, foi possvel criar novas situaes que no estavam previstas nos laboratrios propostos.

Referncias Maia, L. P. (2001). SOsim: Simulador para o Ensino de Sistemas Operacionais. Tese de Mestrado,

Ncleo de Computao Eletrnico da Universidade Federal do Rio de Janeiro (NCE/UFRJ), maro.

Maia, L. P. and Machado, F. B. (2002). Arquitetura de Sistemas Operacionais. 3 ed., LTC.

Maia, L. P. (2002). Pgina do SOsim. http://www.training.com.br/sosim.

Maia, L. P. and Pacheco, A. C. (2003) A Simulator Supporting Lectures on Operating Systems. A ser publicado no 33rd ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Boulder, CO, EUA, novembro.