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操作系统实习课程 北京大学信息学院计算机科学技术系2002级 2004-2005第二学期 授课教师 主讲教师： 陈向群 cherry@ 辅导教师： 李健 lj@ 徐冬  xudong@ 陈国辉 cgh@ 马世雄 mashx@ 地点：电教114 网址： 课程形式 实习 实现基于x86体系结构的一个操作系统 课堂讲授 课堂汇报（presentation）与课堂讨论 实习报告 课程目标 通过设计和实现一个小型操作系统，掌握操作系统基本原理和软件工程知识，以及操作系统设计的新思想 在理解操作系统原理的基础上，掌握操作系统的实现方法 深入理解操作系统中的重要概念和实现方法 虚拟内存、内核和用户态、系统调用、线程、上下文切换、中断，进程间通信、并发和互斥、软硬件之间的接口等等 深入理解x86体系结构 获得构造复杂系统的实践经验 课程介绍 在提供的代码框架下，实现你自己的基于x86 PC机的小型OS OS虽然不大，但是麻雀虽小，五脏俱全 例如：小巧的boot loader，类似exokernel的设计先进的内核，一个shell（让你可以方便的使用所编写的系统） 6个循序渐进的实验，从系统的启动开始，由浅入深地带领你完成自己的第一个操作系统 实习介绍 实验1：PC启动和调用规范 通过PC启动的实验，掌握x86 PC机的启动过程，理解链接地址、加载地址和重定位的概念，学习如何编写位置无关代码 通过实现setjmp和longjmp两个函数，掌握GCC的调用规范和x86的堆栈结构 实验2：内存管理 完成虚拟内存和物理内存的管理 给定虚拟内存的布局规范，要求建立两级页表来满足该布局规范，并理解如何对虚拟地址空间进行管理 维护数据结构来记录每个物理页的分配情况和共享情况，掌握在支持页式虚拟内存的情况下，如何对x86 PC机的物理内存进行管理 实习介绍（续1） 实验3：进程管理 通过设置进程控制块和编写进程创建、进程中止和进程调度程序，理解如何对进程进行管理 通过设置中断描述符标IDT，编写通用中断派发程序和时钟中断例程，理解如何管理中断 实习介绍（续2） 实验4：系统调用，IPC，页故障处理和fork 在IDT中增加系统调用入口，编写系统调用派发程序，掌握系统调用的实现方法，理解系统调用的处理流程 实现简单的能传递一个32位整数值的IPC 编写用户级的页故障处理程序 编写用户级的fork函数，理解子进程如何继承父进程的资源 实习介绍（续3） 实验5：文件系统和Spawn函数 通过实现一个简单的基于磁盘的微内核方式的文件系统，掌握文件系统的实现方法和层次结构 Spawn函数与Unix的exec功能类似，该函数把磁盘上的可执行文件读入内存执行，既可测试文件系统，又可以理解程序的加载执行全过程，具体了解一个程序的虚拟空间的具体划分和用途 实习介绍（续4） 实验6：Shell 实现具有管道，重定向功能的shell，能够执行一些简单的基本命令，如cat，sh，ls，echo等 该实习由多个同学共同完成，可以根据实际情况对shell的功能进行扩展，通过该实习，可以培养团队合作精神和创新精神 其他扩展功能 成绩评定 评分分布 实验报告文档： 7% * 6次 实验代码评定： 7% * 6次 课堂讨论： 16% 实验报告评分原则 按时提交实验报告、报告形式符合规范要求 报告内容充实、有自己的见解等 课堂表现评分原则 课堂是否积极参与提问，回答问题正确，汇报或演示表达清楚等 报告提交格式 提交：实习报告，源程序 注意：如果没有提交源程序或者将源程序附在实习报告中的，请重新提交源程序 实习报告文件名规范 学号-姓名-主题 举例李名-实验1报告 源程序名字书写规范 学号-姓名-主题 举例李名-实验1源程序 实习报告内容要求 本次实验的要求 本次实验自己所作的工作 实验过程中所遇到的问题以及解答 个人体会（可选） 实验环境及工具 一台X86 PC机 较新的Linux操作系统，例如Red Hat Linux 9.0 实验需在Linux环境下完成 GNU工具链 目标机模拟器的bochs 实验1（Lab1） PC启动和GCC调用规范实习内容和要求 Lab 1 资料清单 背景知识：x86 and PC architecture.pdf IA32的官方资料： System Programming Guide.pdf Instruction Set Reference.pdf Basic Architecture.pdf 汇编语