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本次活動(dòng)聽(tīng)課對(duì)象為初中、高中學(xué)生,授課內(nèi)容為太空環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。其意義不僅僅在于王亞平所站講臺(tái)的高度以及我國(guó)青少年因此得到的太空知識(shí),更在于它向世界傳遞了我國(guó)在航天科技方面的獨(dú)特探索。
各地教育部門和全國(guó)8萬(wàn)余所中學(xué)6000余萬(wàn)名師生共同組織了收看,天宮一號(hào)也因此成為中國(guó)“最高”講臺(tái)。此次太空授課活動(dòng)安排的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象,為全國(guó)青少年進(jìn)行了一堂意義非凡的太空授課。各地教育部門和中學(xué)高度重視,妥善調(diào)課,組織收看神舟十號(hào)航天員太空授課活動(dòng),圍繞太空授課活動(dòng)開(kāi)展豐富多彩的主題活動(dòng),積極響應(yīng)教育部要求,推動(dòng)“中國(guó)夢(mèng)、我的夢(mèng)”主題教育活動(dòng)和中學(xué)科技教育的有效開(kāi)展,促進(jìn)中學(xué)生全面發(fā)展和健康成長(zhǎng)。
2013年6月20日10時(shí)04分,跟隨神舟十號(hào)遨游太空的航天員王亞平開(kāi)啟了我國(guó)載人航天史上的首次太空授課。330余名少數(shù)民族學(xué)生、進(jìn)城務(wù)工人員隨遷子女及港澳臺(tái)地區(qū)中小學(xué)學(xué)生代表在中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)綜合樓四層地面課堂,興趣盎然地聆聽(tīng)了“太空教師”王亞平在神舟十號(hào)上為大家所講的一堂40分鐘的實(shí)驗(yàn)課。
中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)通過(guò)地面課堂具有的雙向音視頻溝通交流能力,與神十航天員進(jìn)行同步互動(dòng)交流。地面課堂內(nèi)的學(xué)生不僅能夠看到王亞平授課的清晰畫面,身在太空的王亞平也能觀看到和收聽(tīng)到課堂內(nèi)學(xué)生們的實(shí)時(shí)反應(yīng),同學(xué)和老師可以像平常課堂一樣進(jìn)行互動(dòng)。
在地面課堂上的兩位教師,分別是人大附中的物理教師宓奇和101中學(xué)的物理教師史藝,在太空授課開(kāi)始之前,兩位老師先讓大家猜想本次課程中可能會(huì)涉及的原理,及對(duì)航天員最關(guān)心的問(wèn)題是什么?
課程伊始,兩位地面教師先通過(guò)一個(gè)短片向大家介紹了航天員的衣食住行。當(dāng)三位航天員出現(xiàn)在屏幕畫面中的時(shí)候,學(xué)生們立即鼓掌,有人不禁感嘆:畫面好清楚啊!為了向孩子們說(shuō)明“失重”現(xiàn)象,指令長(zhǎng)聶海勝表演了“懸空打坐”,擔(dān)任太空教師的王亞平說(shuō):“我還會(huì)大力神功呢?!彼靡桓种篙p輕一碰,就把聶海勝推到了船艙后面??吹酱饲榫埃⒆觽児α似饋?lái)。隨后,王亞平做了5個(gè)實(shí)驗(yàn),分別為質(zhì)量測(cè)量演示實(shí)驗(yàn)、單擺運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)、陀螺演示實(shí)驗(yàn)、水膜演示和水球演示實(shí)驗(yàn)。
天津:做足功課 同步觀看
6月20日,在南開(kāi)中學(xué)航天體驗(yàn)館,學(xué)生們通過(guò)弧形屏幕觀看中國(guó)首次太空授課。天津大中小學(xué)校組織學(xué)生同步收看,各學(xué)校的“地面課堂”瞬間沸騰。
上午10時(shí),南開(kāi)中學(xué)打開(kāi)了全部教室和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的閉路電視,讓2000余名中學(xué)生共同見(jiàn)證和觀看這一期待已久的難得的歷史時(shí)刻。與此同時(shí),南開(kāi)中學(xué)的航天航空體驗(yàn)中心也全部開(kāi)放,該校30余名物理社的成員還在教師的指導(dǎo)下,在航天航空體驗(yàn)中心的仿真平臺(tái)上迎來(lái)了這一次特殊的“太空課堂”。物理社社長(zhǎng)、該校高一年級(jí)的女生孔令航興奮地告訴記者,為了收看這次“太空課堂”,大家都做足了功課,在網(wǎng)上搜集了很多物理與航空航天的知識(shí)。她說(shuō):“雖然是學(xué)生,但我們都特別關(guān)心中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展,我們每一個(gè)人心中都有一個(gè)‘航天夢(mèng)’。這次‘太空課堂’不僅給我們展示了很多新奇的難得一見(jiàn)的太空知識(shí),同時(shí)也讓我們的‘航天夢(mèng)’更加清晰起來(lái),也更加增強(qiáng)了我們實(shí)現(xiàn)未來(lái)夢(mèng)想的信心!”
南開(kāi)中學(xué)副校長(zhǎng)呂寶桐表示,這次“太空課堂”對(duì)學(xué)生來(lái)講也是一次難得的愛(ài)國(guó)主義教育,增強(qiáng)了實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)的使命感。
上海:航空航天特色校閔行三中觀摩中國(guó)首次太空授課
上海市閔行三中是航空航天特色學(xué)校,該校組織了初二年級(jí)全體同學(xué)觀摩中國(guó)首次太空授課。校長(zhǎng)在電話里告訴記者,由于閔行三中高中部仍在期末考試期間,因此安排已經(jīng)期末考完的200余名初二學(xué)生收看了太空授課。學(xué)校還特別安排了30多名科學(xué)興趣濃厚、品學(xué)兼優(yōu)的學(xué)生到高中部的劉輝航天科技工作室集中觀看,現(xiàn)場(chǎng)安排物理老師和同學(xué)們互動(dòng),解答同學(xué)們的疑問(wèn)。
2011年,閔行三中高一學(xué)生提交的“搭載瀕臨滅絕植物種子的探究”搭載方案,從全國(guó)113所中小學(xué)校的近3000個(gè)方案中脫穎而出,成為我國(guó)空間試驗(yàn)室首個(gè)出自中學(xué)生的研究項(xiàng)目,跟隨當(dāng)年發(fā)射的“天宮一號(hào)”進(jìn)入太空。
廣東:遨游九天
圓夢(mèng)中國(guó)
6月21日下午,廣東佛山羅村二中初二級(jí)全體同學(xué)觀看了此次太空授課。
本次太空授課的5個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn),展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象,是一堂極其生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)課,激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和熱情,使青少年走近航天、了解航天、熱愛(ài)航天。
湖南:長(zhǎng)沙市37中第一時(shí)間收看神舟十號(hào)太空授課
6月20號(hào)上午10:00,長(zhǎng)沙市37中學(xué)生在學(xué)校的統(tǒng)一安排下,在自己的教室里準(zhǔn)時(shí)收看了神舟十號(hào)太空授課直播,學(xué)生們一個(gè)個(gè)目不轉(zhuǎn)睛地盯著教室黑板正中間的班班通設(shè)備“電子白板”,一起分享著這一場(chǎng)來(lái)自太空的實(shí)驗(yàn)課。航天員王亞平給中學(xué)生們講授的這一節(jié)實(shí)驗(yàn)課程,解開(kāi)了同學(xué)們心中的很多謎底,比如:航天員在太空的衣、食、住、行是怎么樣的?失重是怎么產(chǎn)生的?太空垃圾怎么處理?有沒(méi)有見(jiàn)到UFO?太空中看到的星星是什么樣的?太空中的水是怎么來(lái)的?……滿足了學(xué)生很多的好奇心。他們?cè)跒樽鎳?guó)的航天事業(yè)舉得巨大進(jìn)步而驕傲和自豪的同時(shí),也激發(fā)了心中的航天夢(mèng)、科技?jí)?、中?guó)夢(mèng)、強(qiáng)國(guó)夢(mèng),增強(qiáng)了要為中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己力量的決心。
四川:綿陽(yáng)博雅學(xué)校觀看“神舟十號(hào)太空授課”直播
6月20日上午10點(diǎn)—10點(diǎn)50分,綿陽(yáng)博雅學(xué)校師生懷著興奮、期待的心情收看了“神舟十號(hào)”航天員在“天宮一號(hào)”進(jìn)行的首次“太空授課”。女航天員王亞平給大家演示了小球在太空中的單擺運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)、高速旋轉(zhuǎn)的陀螺旋轉(zhuǎn)、神奇的水膜實(shí)驗(yàn)、液體表面張力能使水膜變“魔法水球”等內(nèi)容,激發(fā)了同學(xué)們對(duì)太空的向往,更讓大家了解航天、熱愛(ài)航天、支持航天,讓同學(xué)們集體感受了天宮課堂的無(wú)窮奧妙。
課后,各班老師還組織同學(xué)們談感受、說(shuō)體會(huì)。有同學(xué)這樣說(shuō):“我一直以為‘天宮一號(hào)’在太空上只是固定地待在某個(gè)地方,聽(tīng)王亞平老師說(shuō),他們每天會(huì)看到16次日出,因?yàn)樗麄兠?0分鐘就繞地球一圈,我才明白原來(lái)‘天宮一號(hào)’是要繞著地球運(yùn)動(dòng)的。”有的學(xué)生說(shuō):“太空太神奇了,看到王亞平老師能把地球上的一滴水‘變’成彩色的水球,她就像一個(gè)魔法師一樣,那太空中還有多少‘魔法’啊!”
新疆:華山中學(xué)學(xué)生收看太空課堂 見(jiàn)證奇妙一刻
“在太空當(dāng)中做這些實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,真正能夠把理論中的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的一些狀態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。我覺(jué)得學(xué)生的收獲是非常大的?!?月20日,新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)建設(shè)第二師華山中學(xué)高中物理老師倪穎在與學(xué)生一同收看了神舟十號(hào)航天員展現(xiàn)的太空課堂后說(shuō)到。
華山中學(xué)的學(xué)生們?cè)诮淌依锸湛戳宋覈?guó)航天史上的首次太空授課,他們時(shí)而屏息凝神,時(shí)而發(fā)出驚叫;教室里時(shí)而鴉雀無(wú)聲,時(shí)而掌聲一片。神奇的課堂讓學(xué)生們見(jiàn)證了太空的奇妙世界,也激發(fā)了他們內(nèi)心的科學(xué)夢(mèng)和太空夢(mèng)。
有學(xué)生表示,這個(gè)天宮課堂非常有趣,也非常有意義,它帶給我們一些平時(shí)在地球上不能見(jiàn)到的真實(shí)現(xiàn)象,這也是科學(xué)引人入勝的地方,更加激發(fā)了他們學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的興趣。
:航天員太空授課激發(fā)雪域?qū)W子太空夢(mèng)
“太空會(huì)不會(huì)像高海拔地區(qū)一樣,水到七八十度就能燒開(kāi)了?”“冬蟲夏草在太空能生長(zhǎng)嗎?”“太空像一樣缺氧嗎?”“在高海拔的發(fā)射宇宙飛船會(huì)不會(huì)更快?”……的學(xué)生對(duì)太空的熱情很高,顯然,太空授課激發(fā)了他們追夢(mèng)太空的濃厚興趣。
拉薩中學(xué)團(tuán)委書記薛軍利認(rèn)為,此次太空授課有助于培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)方面的興趣,激發(fā)學(xué)生探索太空的科學(xué)精神。不少學(xué)生通過(guò)太空授課產(chǎn)生了探索太空的夢(mèng)想,要把個(gè)人夢(mèng)和國(guó)家夢(mèng)結(jié)合起來(lái),使夢(mèng)想成真。
澳門組織中小學(xué)生觀看
“神十”太空授課
6月20日上午,澳門特區(qū)政府教育暨青年局及多家學(xué)校組織中、小學(xué)生收看“神舟十號(hào)”航天員在“天宮一號(hào)”作太空授課的現(xiàn)場(chǎng)直播,一同領(lǐng)略奇妙的太空世界。
航天員王亞平在授課中,分別進(jìn)行了質(zhì)量測(cè)量、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺、水膜和水球等試驗(yàn),展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象,并回答了學(xué)生的提問(wèn),包括關(guān)于航天器用水、太空垃圾防護(hù)措施、航天員對(duì)抗失重方法和太空景色等。
在澳門教育暨青年局的駿菁活動(dòng)中心,有250名學(xué)生在聆聽(tīng)航天員老師講課;在勞工子弟學(xué)校,也有近百名學(xué)生在禮堂集體觀看直播。教育暨青年局還安排了導(dǎo)師在場(chǎng)講解,解答學(xué)生們的提問(wèn)。
有參與聽(tīng)課的澳門學(xué)生稱,對(duì)太空的一切都感到很好奇,不知道太空冷不冷?太空是否會(huì)有外星人?希望將來(lái)航天員來(lái)澳門時(shí),有機(jī)會(huì)直接向他們發(fā)問(wèn)。
教青局青年廳廳長(zhǎng)袁凱清表示,澳門特區(qū)政府一直重視科普教育,通過(guò)課余活動(dòng)、對(duì)外交流比賽等形式讓學(xué)生接觸科普知識(shí)。通過(guò)收看太空授課直播,見(jiàn)證了中國(guó)航天科學(xué)教育的歷史時(shí)刻,加深了學(xué)生對(duì)航天科技的認(rèn)識(shí),將進(jìn)一步激發(fā)澳門廣大青少年崇尚科學(xué)、熱愛(ài)航天的熱情。
美國(guó):2007年,芭芭拉·摩根的第一次太空授課
2007年,美國(guó)東部時(shí)間8月8日18時(shí)36分,美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)載著機(jī)組7名宇航員從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空,飛往國(guó)際空間站。這是美國(guó)宇航局首位教師宇航員芭芭拉·摩根的第一次太空飛行。
航天飛機(jī)進(jìn)入地球軌道后,地面發(fā)射控制中心指揮人員說(shuō):“對(duì)芭芭拉·摩根和機(jī)組伙伴來(lái)說(shuō),這堂課正式開(kāi)始了。”摩根曾經(jīng)教書的愛(ài)達(dá)荷州的科學(xué)教師聯(lián)合會(huì)專門挑選了18名學(xué)生,與摩根進(jìn)行天地間的師生對(duì)話。
摩根這次在空間站上的第一堂課,共進(jìn)行了25分鐘。在課堂上,一個(gè)孩子想知道如何在太空鍛煉。摩根一手托起一個(gè)在她身邊飄浮著的宇航員,給予演示。另一位年輕人想知道宇航員是怎樣喝水的,摩根和她的同事從飲用水袋的吸管中擠出水泡,并將水滴吞下。4名宇航員還分別用乒乓球和壘球作講課的道具。
實(shí)驗(yàn)一:質(zhì)量測(cè)量演示——沒(méi)有了重量,是否意味著失去質(zhì)量?
3位航天員老師“站”穩(wěn)后,先給同學(xué)們露了幾手“功夫”——“懸空打坐”“大力神功”。在失重環(huán)境下,航天員們都成了“武林高手”,博得同學(xué)們陣陣喝彩。
航天員的表演給同學(xué)們帶來(lái)了疑問(wèn):在地面上,人們一般用天平、臺(tái)秤、托盤秤、桿秤、彈簧秤測(cè)量物體受到的重力,從而計(jì)算物體的質(zhì)量,那么 ,失重環(huán)境下怎樣測(cè)質(zhì)量呢?
航天員老師用“天宮一號(hào)”上的質(zhì)量測(cè)量?jī)x現(xiàn)身說(shuō)法。他們從“天宮一號(hào)”的艙壁上打開(kāi)一個(gè)支架形狀的裝置,航天員聶海勝把自己固定在支架一端,王亞平輕輕拉開(kāi)支架,一放手,支架便在彈簧的作用下回復(fù)原位。裝置上的LED屏上顯示出數(shù)字:74.0。這表示聶海勝的實(shí)測(cè)質(zhì)量是74千克。
王亞平向同學(xué)們解釋道,天宮中的質(zhì)量測(cè)量?jī)x,應(yīng)用的物理學(xué)原理是牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律:F(力)=m(質(zhì)量)×a(加速度)。質(zhì)量測(cè)量?jī)x上的彈簧能夠產(chǎn)生一個(gè)恒定的力F,同時(shí)用光柵測(cè)速裝置測(cè)量出支架復(fù)位的速度v和時(shí)間t,計(jì)算出加速度(a=v/t),就能夠計(jì)算出物體的質(zhì)量(m=F/a)。
王亞平老師還給同學(xué)們布置了一道課后思考題:除了運(yùn)用牛頓第二定律,還有什么辦法可以在失重環(huán)境下測(cè)量物體的質(zhì)量?
實(shí)驗(yàn)二:?jiǎn)螖[運(yùn)動(dòng)演示——太空中的機(jī)械鐘表走得更準(zhǔn)還是靜止不動(dòng)?
演示完質(zhì)量測(cè)量,航天員們又取出一個(gè)物理課上常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置——單擺。
T型支架上,用細(xì)繩拴著一顆明黃色的小鋼球。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置放手,小球并沒(méi)有出現(xiàn)地面上常見(jiàn)的往復(fù)擺動(dòng),而是停在了半空中。王亞平用手指沿切線方向輕推小球,奇妙的現(xiàn)象出現(xiàn)了,小球開(kāi)始繞著T型支架的軸心做圓周運(yùn)動(dòng)——而在地面對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,需要施加足夠的力,給小球一個(gè)較大的初速度,才能使它繞軸旋轉(zhuǎn)。
太空實(shí)驗(yàn)趣味無(wú)窮,地面課堂的學(xué)生們也不失時(shí)機(jī)地向航天員提出他們關(guān)心的問(wèn)題。人大附中早培班學(xué)生徐海博舉手提問(wèn):“航天員老師,您在太空中有沒(méi)有上下方位感?”
為了回答同學(xué)的提問(wèn),航天員王亞平在聶海勝的幫助下表演了一套“雜技”動(dòng)作,分別進(jìn)行了懸空橫臥和倒立??吹胶教靻T老師的精彩表演,同學(xué)們興奮地鼓起掌來(lái)。
實(shí)際上,航天員在太空中無(wú)所謂上和下的方位區(qū)別。不過(guò),為了便于工作生活,航天員們?yōu)椤疤鞂m一號(hào)”人為定義了上和下,把朝向地球的一側(cè)定義為下,并專門在“下方”鋪設(shè)了地板。
實(shí)驗(yàn)三:陀螺演示——高速旋轉(zhuǎn)的陀螺為什么不會(huì)倒下?
物理學(xué)原理告訴我們,高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有很好的定軸特性。在太空失重環(huán)境下,這一特性更加直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。
航天員王亞平取出一個(gè)紅黃相間的陀螺,把它靜止懸放在空中。用手輕推陀螺頂部,陀螺翻滾著飛向遠(yuǎn)處。緊接著,王亞平取出一個(gè)一模一樣的陀螺,讓它旋轉(zhuǎn)起來(lái),懸浮在半空中,再用手輕輕一推,旋轉(zhuǎn)的陀螺不再翻滾,而是保持著固定的軸向,向前飛去。
王亞平介紹說(shuō),高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸特性在航天領(lǐng)域用途廣泛。在“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器上,就裝有各式各樣的陀螺定向儀,正是有了它們,才能精準(zhǔn)地測(cè)量航天器的飛行姿態(tài)。
實(shí)驗(yàn)四:水膜演示——天宮里有沒(méi)有“飛流直下”的瀑布?
陽(yáng)光下五彩繽紛的肥皂泡、能夠讓硬幣漂浮的山泉水,總是帶給人們很多遐想。這些都是液體表面張力在發(fā)揮著神奇作用。
只不過(guò),在地面上,液體表面張力難以抗衡地球引力的影響,只有經(jīng)過(guò)特殊處理的肥皂水、富含無(wú)機(jī)鹽的礦泉水才能表現(xiàn)出比較強(qiáng)的張力特性。但是,在太空失重環(huán)境下,液體的表面張力特性便突顯出來(lái)。
王亞平拿起一個(gè)航天員飲用水袋,打開(kāi)止水夾,水并沒(méi)有傾瀉而出。輕擠水袋,在飲水管端口形成了一顆晶瑩剔透的水珠,略微抖動(dòng)水袋,水珠便懸浮在半空中,與“天宮一號(hào)”艙壁上鮮艷的五星紅旗圖案交相輝映,更顯得美輪美奐。
接著,她把一個(gè)金屬圈插入裝滿飲用水的自封袋中,慢慢抽出金屬圈,便形成了一個(gè)漂亮的水膜。輕輕晃動(dòng)金屬圈,水膜也不會(huì)破裂,只是偶爾會(huì)甩出幾顆小水滴。隨后,王亞平又往水膜表面貼上了一片畫有中國(guó)結(jié)圖案的塑料片,水膜依然完好。這些在地面難得一見(jiàn)的奇特景象,引起了地面課堂同學(xué)們的連聲驚嘆。
實(shí)驗(yàn)五:水球演示——用神奇的液體表面張力變個(gè)“魔法”
液體表面張力的威力竟如此神奇!普通的飲用水還能變成更加神奇的“魔法水球”。
王亞平用金屬圈重新做了一個(gè)水膜,然后用飲水袋慢慢地向水膜上注水,不一會(huì)兒,水膜就變成了一個(gè)亮晶晶的大水球,水球中還有一串珍珠般的小氣泡,仿佛銀河系中的繁星點(diǎn)點(diǎn)。聶海勝取出一支注射器抽出水球中的氣泡,實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。
Abstract: Producer-consumer problem is a classic process synchronization and exclusion problem. This paper elaborates the implementation of multi-threaded producer-consumer problem under Linux by using mutexes, condition variables, thread management and other functions, in order to improve resource utilization.
關(guān)鍵詞: 線程;互斥鎖;條件變量
Key words: thread;mutex;conditions variable
中圖分類號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2012)30-0221-02
1 線程基本概念
1.1 進(jìn)程和線程 可執(zhí)行文件由指令和數(shù)據(jù)組成。進(jìn)程就是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的可執(zhí)行文件針對(duì)特定的輸入數(shù)據(jù)的一個(gè)實(shí)例,同一個(gè)可執(zhí)行程序文件如果操作不同的輸入數(shù)據(jù)就是兩個(gè)不同的進(jìn)程。
線程是進(jìn)程的一條執(zhí)行路徑,它包含獨(dú)立的堆棧和CPU寄存器狀態(tài),每個(gè)線程共享其所附屬的進(jìn)程的所有的資源,包括打開(kāi)的文件、頁(yè)表(因此也就共享整個(gè)用戶態(tài)地址空間)、信號(hào)標(biāo)識(shí)及動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存等等。
Linux中線程調(diào)度是由內(nèi)核調(diào)度程序完成的,每個(gè)線程有自己的ID號(hào)。與進(jìn)程相比,它們消耗的系統(tǒng)資源較少、創(chuàng)建較快、相互間的通信也比較容易。存在于同一進(jìn)程中的線程會(huì)共享一些信息。同時(shí)作為一個(gè)獨(dú)立的線程,它們又擁有一些區(qū)別于其他線程的信息,包括線程ID、寄存器集合(如程序計(jì)數(shù)器和堆棧指針)、堆棧、錯(cuò)誤號(hào)、信號(hào)掩碼以及線程優(yōu)先權(quán)。
線程和進(jìn)程的關(guān)系是:線程是屬于進(jìn)程的,線程運(yùn)行在進(jìn)程空間內(nèi),同一進(jìn)程所產(chǎn)生的線程共享同一物理內(nèi)存空間,當(dāng)進(jìn)程退出時(shí)該進(jìn)程所產(chǎn)生的線程都會(huì)被強(qiáng)制退出并清除。
1.2 線程優(yōu)點(diǎn)
①它是一種非?!肮?jié)儉”的多任務(wù)操作方式。運(yùn)行于一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程,使用的是同一個(gè)地址空間,共享大部分?jǐn)?shù)據(jù),不需要太多的空間啟動(dòng)一個(gè)線程,而且,線程間彼此切換所需的時(shí)間也比較短。②線程間方便的通信機(jī)制。由于同一進(jìn)程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間,所以一個(gè)線程的數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用,這不僅快捷,而且方便。③使多CPU系統(tǒng)更加有效。操作系統(tǒng)會(huì)保證當(dāng)線程數(shù)不大于CPU數(shù)目時(shí),不同的線程運(yùn)行于不同的CPU 上。④改善程序結(jié)構(gòu)。一個(gè)既長(zhǎng)又復(fù)雜的進(jìn)程可以考慮分為多個(gè)線程,成為幾個(gè)獨(dú)立或半獨(dú)立的運(yùn)行部分,便于理解和修改。
2 生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題
2.1 問(wèn)題概述 生產(chǎn)/消費(fèi)者在有界緩沖上操作,它利用N個(gè)字節(jié)的共享內(nèi)存作為有界循環(huán)緩沖區(qū),生產(chǎn)者線程不斷順序地將0到1000的數(shù)字寫入共享的循環(huán)緩沖區(qū),同時(shí)消費(fèi)者線程不斷地從共享的循環(huán)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。利用寫一個(gè)數(shù)據(jù)模擬放一個(gè)產(chǎn)品,利用讀一個(gè)數(shù)據(jù)模擬消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品。當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)消費(fèi)者應(yīng)阻塞睡眠,而當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)生產(chǎn)者應(yīng)當(dāng)阻塞睡眠。一旦緩沖區(qū)中有空單元,生產(chǎn)者線程就向空單元中寫入數(shù)據(jù)。一旦緩沖區(qū)中有未讀過(guò)的數(shù)據(jù),消費(fèi)者線程就從該單元中讀出數(shù)據(jù)。
2.2 算法分析 生產(chǎn)者線程向循環(huán)緩沖區(qū)中寫入數(shù)據(jù),消費(fèi)者線程從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù),生產(chǎn)者線程向緩沖區(qū)中寫入數(shù)據(jù)時(shí)消費(fèi)者線程不能訪問(wèn)緩沖區(qū),消費(fèi)者線程從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)時(shí)生產(chǎn)者線程也不能訪問(wèn)緩沖區(qū),既讀的時(shí)候不能寫,寫的時(shí)候不能讀,得保證緩沖區(qū)這一臨界資源同一時(shí)間只能被一個(gè)線程訪問(wèn);緩沖區(qū)滿的時(shí)候不能生產(chǎn),空的時(shí)候不能消費(fèi)。
2.2.1 主程序:初始化結(jié)構(gòu)體prodcons中的各個(gè)參數(shù);建立生產(chǎn)者、消費(fèi)者線程;等待線程結(jié)束。
2.2.2 生產(chǎn)者線程:①設(shè)初始寫入的數(shù)據(jù)N為0;判斷N小于1000是否成立;如果不成立,循環(huán)緩沖區(qū)插入 OVER;如果成立,向循環(huán)緩沖區(qū)生產(chǎn)既寫入N并打印;重復(fù)該過(guò)程直到N=1000為止。②生產(chǎn)產(chǎn)品的函數(shù)put:獲得互斥鎖;判斷循環(huán)緩沖池是否滿,如果滿將生產(chǎn)者線程阻塞到滿的條件變量b->notfull上,并將互斥鎖釋放,讓消費(fèi)者線程讀取數(shù)據(jù)。如果不滿,向緩沖中寫入數(shù)據(jù);如果有線程阻塞到環(huán)境變量b->empty,將該線程喚醒,同時(shí)釋放互斥鎖。如果沒(méi)有線程阻塞到條件變量b->empty上,就直接釋放互斥鎖。
2.2.3 消費(fèi)者線程:①?gòu)难h(huán)緩沖區(qū)中消費(fèi)既讀取數(shù)據(jù)并打??;判斷讀取的數(shù)據(jù)是否是結(jié)束標(biāo)志over,如果是退出。如果不是,重復(fù)該過(guò)程,直到讀到的數(shù)據(jù)是結(jié)束標(biāo)志over。②消費(fèi)產(chǎn)品的函數(shù)get:獲得互斥鎖;判斷循環(huán)緩沖池是否空,如果空將生產(chǎn)者線程阻塞到空的條件變量b->empty上,并將互斥鎖釋放,讓生產(chǎn)者線程寫數(shù)據(jù)。如果不空,從緩沖中讀取數(shù)據(jù);如果有線程阻塞到環(huán)境變量b->notfull上,將該線程喚醒,同時(shí)釋放互斥鎖。如果沒(méi)有線程阻塞到條件變量b->notfull上,就直接釋放互斥鎖。
2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
struct prodcons {
int buffer[BUFFER_SIZE]; /* the actual data */
pthread_mutex_t lock; /* mutex ensuring exclusive access to buffer */
int readpos, writepos; /* positions for reading and writing */
pthread_cond_t notempty; /* signaled when buffer is not empty */
pthread_cond_t notfull; /* signaled when buffer is not full */
};
緩沖區(qū)采用循環(huán)緩沖區(qū)。緩沖區(qū)滿的條件(b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos。緩沖區(qū)空的條件b->writepos == b->readpos。
2.4 相關(guān)函數(shù)調(diào)用
2.4.1 線程函數(shù)
①創(chuàng)建線程函數(shù):原型: int pthread_create (pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr,void * ( * start) (void * ), void * arg);
生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題中創(chuàng)建的線程:
創(chuàng)建producer線程:pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
創(chuàng)建consumer線程:pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
Pthread_create函數(shù)中第一個(gè)參數(shù)為指向線程標(biāo)識(shí)符的指針,第二個(gè)參數(shù)用來(lái)設(shè)置線程屬性,兩個(gè)線程該參數(shù)均為NULL,為系統(tǒng)配置的默認(rèn)屬性;第三個(gè)參數(shù)是線程運(yùn)行函數(shù)的起始地址,最后一個(gè)參數(shù)是運(yùn)行函數(shù)的參數(shù)。當(dāng)創(chuàng)建線程成功時(shí),函數(shù)返回 0。
②等待線程結(jié)束函數(shù) 原型:extern int pthread_join (pthread_t __th, void * * __thread_return);
第一個(gè)參數(shù)為被等待的線程標(biāo)識(shí)符,第二個(gè)參數(shù)為一個(gè)用戶定義的指針,它可以用來(lái)存儲(chǔ)被等待線程的返回值。
生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題中等待結(jié)束的線程:
pthread_join(th_a, &retval); pthread_join(th_b, &retval);
③終止線程 原型:extern void pthread_exit (void * status);函數(shù)參數(shù) status 是指向線程返回值得指針。
2.4.2 互斥鎖函數(shù) 一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程是共享同一段資源的,由于線程對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)引出了鎖?;コ怄i用來(lái)保證一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)線程在執(zhí)行一段代碼。其中mutex是一種簡(jiǎn)單的加鎖方法,這個(gè)互斥鎖只有兩種狀態(tài),那就是上鎖和解鎖。在某一時(shí)刻,只能有一個(gè)線程取得這個(gè)互斥上的鎖,擁有上鎖狀態(tài)的線程可以對(duì)共享資源進(jìn)行操作,而其他線程在該線程未解鎖之前,會(huì)被掛起,直到上鎖的線程解開(kāi)鎖。
互斥鎖初始化函數(shù):
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t* mutex,
const pthread_mutexattr_t* mutexattr);
第一個(gè)參數(shù)為指向互斥鎖的指針,第二個(gè)參數(shù)為鎖的屬性,該問(wèn)題中設(shè)為NULL,為默認(rèn)分配的屬性。
互斥鎖上鎖函數(shù):
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);
pthread_mutex_lock聲明開(kāi)始用互斥鎖上鎖,此后的代碼直至調(diào)用pthread_mutex_unlock為止,均被上鎖,即同一時(shí)間只能被一個(gè)線程調(diào)用執(zhí)行。
條件變量:關(guān)于互斥鎖的一個(gè)很顯然的不足之處就是它僅存在兩種狀態(tài):即鎖定和非鎖定。實(shí)際上它的這一缺點(diǎn)是可以根據(jù)條件變量通過(guò)允許線程阻塞和等待另一個(gè)線程發(fā)送信號(hào)的方法來(lái)改善的,條件變量經(jīng)常與互斥鎖同時(shí)使用。
①條件變量初始化函數(shù)。原型:
int pthread_cond_init (pthread_cond_t * cond, const pthread_condattr_t * cond_attr);
第1個(gè)函數(shù)參數(shù)表示要初始化的條件變量對(duì)象,第2個(gè)參數(shù)是條件變量的屬性。生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題中用到兩個(gè)條件變量b->notempty和b->notfull。其中b->notempty是緩沖區(qū)滿的時(shí)候阻塞生產(chǎn)者線程的條件變量,b->notfull是緩沖區(qū)空的時(shí)候阻塞消費(fèi)者線程的條件變量。兩個(gè)條件變量均應(yīng)初始化。
②線程阻塞函數(shù)。原型:
extern int pthread_cond_wait (pthread_cond_t * cond,pthread_mutex_t * mutex);
第 1 個(gè)參數(shù)就是要等待的條件變量,第 2 個(gè)參數(shù)則是解鎖的對(duì)象。
生產(chǎn)者-消費(fèi)者中用到的線程阻塞函數(shù):
pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);既生產(chǎn)者線程因?yàn)檠h(huán)緩沖區(qū)滿將自己阻塞到條件變量b->notfull上,同時(shí)釋放鎖&b->lock,讓消費(fèi)者線程去執(zhí)行。
pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);既消費(fèi)者線程因?yàn)檠h(huán)緩沖區(qū)空將自己阻塞到條件變量b->notempty上,同時(shí)釋放鎖&b->lock,讓生產(chǎn)者線程去生產(chǎn)。
③線程喚醒函數(shù):原型:
extern int pthread_cond_signal (pthread_cond_t * cond);
如果沒(méi)有線程阻塞到該條件變量上,此調(diào)用相當(dāng)于空語(yǔ)句,否則用來(lái)釋放被阻塞在條件變量 cond 上的一個(gè)線程。
生產(chǎn)者-消費(fèi)者中用到的線程喚醒函數(shù)
pthread_cond_signal(&b->notfull);既喚醒阻塞到條件變量b->notfull上的線程,讓消費(fèi)者線程繼續(xù)執(zhí)行。
pthread_cond_signal(&b->notempty);既喚醒阻塞到條件變量b->notempty上的線程,讓生產(chǎn)者線程繼續(xù)執(zhí)行。
參考文獻(xiàn):
[1]余有明著.Linux技術(shù)與程序設(shè)計(jì).北京航天航空大學(xué)出版社.
XCOR和維珍銀河是目前全球范圍內(nèi)僅有的兩家宣稱可以為普通人提供亞軌道太空旅行的公司。這種方式可以將飛行器送往離地球表面60至100千米左右的高度,乘客能夠在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和進(jìn)入大氣層期間體驗(yàn)到幾分鐘的失重。
墜毀事件第二天,張勇收到來(lái)自XCOR總部的三封郵件,聲明XCOR的發(fā)射技術(shù)與維珍銀河有很大不同,并希望他能將這個(gè)信息傳遞給在中國(guó)已經(jīng)購(gòu)買太空旅行票的人和潛在客戶。
張勇是探索旅行的CEO。去年年底,他與XCOR簽訂了在中國(guó)地區(qū)的太空游票務(wù)權(quán)。過(guò)去一年中,這可能是它們?cè)庥龅淖畲笠淮涡湃挝C(jī)。
與30位已經(jīng)購(gòu)票的客戶溝通之后,張勇并沒(méi)有收到任何一個(gè)退票要求?!八麄兇蠖鄬⑻章眯挟?dāng)做人生中最重要的事情來(lái)看待,不會(huì)輕易放棄的?!睆堄抡f(shuō)。
佟京京正是其中之一。8個(gè)月前,這位41歲的私人銀行高級(jí)客戶經(jīng)理花了10萬(wàn)美元買下一張XCOR公司的太空旅行票,其中包含因乘客身體條件無(wú)法完成旅行而產(chǎn)生損失的保險(xiǎn)費(fèi)用,開(kāi)始期待在2016年能夠前往距離地面103千米的太空待上6分鐘―如果一切順利的話。
11月4日凌晨,她收到一封來(lái)自XCOR首席執(zhí)行官Jeff Greason的郵件。“你們中的大多數(shù)人一定都很想知道,維珍銀河這次事故對(duì)XCOR意味著什么?!痹谶@封發(fā)送給所有XCOR購(gòu)票客戶的郵件中,Jeff Greason花了近一半篇幅去解釋維珍銀河與XCOR發(fā)射技術(shù)之間的差異―XCOR用的Lynx飛船會(huì)在飛機(jī)跑道上起飛,以及使用液體燃料等技術(shù)特點(diǎn),決定了它與維珍銀河飛船的火箭發(fā)射方式有本質(zhì)區(qū)別,不會(huì)重蹈覆轍。
“維珍的事故提醒XCOR一定會(huì)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待我們的發(fā)射,它已經(jīng)告訴我們會(huì)更嚴(yán)格要求試飛的次數(shù)和安全性,”佟京京說(shuō)。當(dāng)然,她也考慮過(guò)自己對(duì)“最壞結(jié)果”的承受能力,“如果真的可以讓你選擇死亡地點(diǎn)的話,我覺(jué)得太空也是挺酷的?!?/p>
從佟京京的這種反應(yīng)看,她應(yīng)該屬于張勇和XCOR所想象的“對(duì)的買家”。
“我們第一批要找的客戶是那些有太空夢(mèng)的人,這種夢(mèng)想可以幫他們克服恐懼,而不是一定要等到項(xiàng)目完全安全了才愿意去嘗試?!盭COR亞洲行政總裁鄧偉賢對(duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說(shuō)。
但這樣的人究竟有多少,并沒(méi)有人真正了解。
2013年7月,XCOR在香港設(shè)立亞洲分部,開(kāi)始在亞洲地區(qū)進(jìn)行市場(chǎng)推廣和船票銷售。當(dāng)時(shí),XCOR在歐美地區(qū)已經(jīng)賣出了300張左右的船票。而對(duì)手維珍銀河售價(jià)25萬(wàn)美元,體驗(yàn)形式類似的太空旅行銷售則有超過(guò)675位乘客預(yù)訂了艙位,但受限于美國(guó)的軍用武器禁運(yùn)條例,它并不能將這個(gè)項(xiàng)目賣往中國(guó)。(詳見(jiàn)本刊2014年3月31日第296期的封面故事《太空,新商業(yè)時(shí)代》)
XCOR對(duì)于想要參與太空旅行的人要求并不多,只要超過(guò)18歲、身高低于2米、體重不超過(guò)125公斤,沒(méi)有重大疾病的人都可以參加。但很多人依然有各種各樣的顧慮,這在鄧偉賢看來(lái)主要是出于恐懼。
佟京京看起來(lái)似乎沒(méi)有這樣的恐懼,雖然這一切的發(fā)生其實(shí)非常偶然。最初,她只是陪同私人銀行的一位女客戶找到張勇,商談購(gòu)票的事。見(jiàn)了3次面之后,她的客戶在最終簽協(xié)議時(shí)選擇了放棄,而出于“不好意思”以及想要嘗試的沖動(dòng),她當(dāng)場(chǎng)決定自己買下這張票。
“我已經(jīng)去過(guò)南極和北極,要再找什么足夠新奇刺激的旅行,確實(shí)很難?!辟【┚┱f(shuō),她最初做決定時(shí)動(dòng)機(jī)并不復(fù)雜,但事后回想起來(lái),自己在北京航天航空大學(xué)的求學(xué)經(jīng)歷,以及父親也從事航天相關(guān)工作,這些背景確實(shí)影響了這個(gè)決定。
鄧偉賢顯然希望遇到更多像佟京京這樣的買家。他們不僅能夠完成XCOR在亞洲市場(chǎng)的第一批銷售目標(biāo),也是自覺(jué)的代言人,能夠?yàn)楹罄m(xù)銷售打開(kāi)局面。
“我們?cè)趯ふ铱蛻暨^(guò)程中,遇到最多的回應(yīng)是,‘你們有人飛上去了我就會(huì)去?!阅憧梢钥吹?,我們的高速成長(zhǎng)期會(huì)出現(xiàn)在第一批乘客成功返回之后。到時(shí)候人們心里的結(jié)就解開(kāi)了?!编噦ベt說(shuō)。
他曾和一位客戶溝通了長(zhǎng)達(dá)三四個(gè)月,但最終因家人擔(dān)心,對(duì)方還是放棄了。這是他最長(zhǎng)的一次溝通經(jīng)歷。但對(duì)于那些對(duì)太空極度渴望的人,只要跟他們解釋清楚飛行原理和安全性,很順利能讓他們買單。
因此,怎樣找到這批有足夠購(gòu)買力,又有太空夢(mèng)的第一批客戶,成為鄧偉賢首先要考慮的事情。
2013年年底,因?yàn)槊餍琼n庚的參與,男士護(hù)理品牌凌仕贊助的在XCOR總部舉辦的“凌仕太空行訓(xùn)練營(yíng)”,獲得很多曝光。盡管韓庚并沒(méi)有能通過(guò)這次選拔獲得上太空的名額,但考慮到他在中國(guó)龐大的粉絲數(shù)量,XCOR也破例給他提供了一次太空旅行的機(jī)會(huì)。
明星效應(yīng)引發(fā)的關(guān)注也是鄧偉賢所期待的。他找到了鄧紫棋作為亞洲區(qū)代言人,并安排這位過(guò)去一年在中國(guó)內(nèi)地迅速成名的香港年輕歌手也在未來(lái)參與一次太空旅行。
“雖然鄧紫棋的粉絲大多很年輕,也未必是我們最終的銷售對(duì)象,但通過(guò)她,會(huì)讓更多的人開(kāi)始談?wù)撨@件事。那些有太空夢(mèng),但不知道存在這樣一種旅行方式的人,也有機(jī)會(huì)能找到我們。”鄧偉賢說(shuō)。
作為負(fù)責(zé)中國(guó)內(nèi)地市場(chǎng)的商,張勇也在尋找一些渠道讓更多人能夠知道XCOR。今年6月,他決定將XCOR的太空旅行計(jì)劃作為一個(gè)可以在線購(gòu)買的產(chǎn)品放到淘寶旅行上。
張勇并沒(méi)有真的期待淘寶能帶來(lái)銷售―畢竟僅憑幾張圖文介紹,就令人決定購(gòu)入近60萬(wàn)元的旅行產(chǎn)品,聽(tīng)上去不太現(xiàn)實(shí)。但在上線第一天,一位叫盛天行的浙江茶商就全款買下了一張票。
一個(gè)月前,張勇又在淘寶上獲得了第二個(gè)客戶。借著今年雙12的熱度,張勇決定策劃新一輪的淘寶活動(dòng),同時(shí)準(zhǔn)備在京東商城也開(kāi)一家旗艦店來(lái)銷售太空旅行的船票。
今年XCOR一共給了張勇30張?zhí)章眯写钡匿N售任務(wù),現(xiàn)在已經(jīng)提前完成。這30位客戶從30歲到70歲不等,并且除了那些消費(fèi)能力強(qiáng)的富豪旅行者,也有一些月薪剛過(guò)萬(wàn)元的普通公司人。
“在我看來(lái),當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品跟太空夢(mèng)想有關(guān)的時(shí)候,10萬(wàn)美元的價(jià)格已經(jīng)是最親民的了?!睆堄抡f(shuō)。
考慮到需要鼓勵(lì)更多像佟京京那樣的太空愛(ài)好者,鄧偉賢覺(jué)得應(yīng)該給那些還沒(méi)有足夠購(gòu)買能力的人一些機(jī)會(huì)。他的策略是,通過(guò)與一些品牌的商務(wù)合作,由品牌方先買下船票,再以各種活動(dòng)形式將票贈(zèng)送給那些太空愛(ài)好者。對(duì)品牌來(lái)說(shuō),借助太空的概念做營(yíng)銷也是不錯(cuò)的選擇。
鄧偉賢和張勇已經(jīng)分別找到了一些房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商、服裝和手表品牌,以及澳門的賭場(chǎng)品牌。它們購(gòu)買了一部分的船票,并開(kāi)始籌劃活動(dòng)。
張勇還在與電視臺(tái)討論制作一檔和宇航員選拔相關(guān)的真人秀節(jié)目。他手上還有6張未銷售的“優(yōu)先宇航員”的船票―它們屬于限量版,將是所有參加X(jué)COR的103千米高度旅行的乘客中最早登上太空的一批。在他看來(lái),電視推廣效果更好,也能讓這幾張“限量”票顯得更有價(jià)值。
鄧偉賢已經(jīng)開(kāi)始期待2015年年初XCOR研制的Lynx飛船試飛,如果試飛能夠按計(jì)劃順利進(jìn)行,他也將在試飛的最后階段飛上太空。試飛成功也可能意味著,全球和亞洲范圍內(nèi)XCOR會(huì)吸引更多人加入這一旅程。
而在這一切發(fā)生之前,除了持續(xù)推廣和銷售,他還要維護(hù)好30多位已購(gòu)票的亞洲乘客的心理預(yù)期。
“我會(huì)告訴他們,現(xiàn)在這種等待體驗(yàn)特別重要。等待太空船建好、試飛,然后自己登上去,就像一個(gè)懷孕的母親看著自己的孩子慢慢成長(zhǎng)一樣。”鄧偉賢說(shuō)。
在現(xiàn)階段,每次XCOR的飛船研制取得一定成果時(shí),他和XCOR總部負(fù)責(zé)客戶管理的同事,都會(huì)向所有購(gòu)票者更新消息。尤其在維珍事故之后,任何技術(shù)突破的消息,都能維持和增強(qiáng)對(duì)方的信心。
這種信息溝通也促使佟京京開(kāi)始更多關(guān)注太空領(lǐng)域的各種新聞,她甚至已經(jīng)開(kāi)始規(guī)劃從太空回來(lái)之后的生活?!疤张嘤?xùn)、太空健康體檢、太空博物館,這些在中國(guó)都還沒(méi)有發(fā)展起來(lái),未來(lái)應(yīng)該有很多機(jī)會(huì)?!?/p>