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殿下,请小心! / ucore_labCGPL-2.0

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介绍(2016春季)

uCore OS Labs是用于清华大学计算机系本科操作系统课程的教学试验内容。

提前测试

计算机基础导论实验是提供给清华大学计算机系大一新生必需课“计算机基础导论”的一个在线实验环境,适合初步了解计算机系统/编程/操作系统等基础知识,欢迎大家先看看。如果你觉得这些小练习你能够应对自如,欢迎挑战这门课程的实验!

实验总体流程

  1. 学堂在线查看OS相关原理和labX的视频;
  2. 可进一步在学堂在线在线操作系统课程练习题完成相关的练习题;如碰到问题,在在线OS课程问题集查找是否已经有解答;
  3. 实验指导书 on gitbook上阅读实验指导书,并参考其内容完成练习和实验报告;
  4. 在实验环境中完成实验并提交实验到git server(清华学生需要在学校内部的git server上,其他同学可提交在其他git server上);
  5. 每天(一周七日)都有助教或老师在piazza在线答疑。如在在线OS课程问题集没找到解答,可到piazza在线OS课程问答和交流区提问。(QQ群 181873534主要用于本课程和OS相关事件发布,以及各种一般性交流);

四种学习目标和对应手段

  1. 略知OS基本概念:看在线课程原理部分的视频,可大致知道OS的概念;
  2. 理解OS基本原理:在1的基础上,完成学堂在线练习题与OS原相关的在线操作系统课程练习题,可理解OS基本原理
  3. 掌握OS设计实现:在2的基础上,能够通过编程完成labcodes的8个lab实验中的基本练习和实验报告
  4. 深入OS核心功能:在3的基础上,能够通过编程完成labcodes的8个lab实验中的challenge练习
  5. 体验OS科学研究:在4的基础上,能够通过阅读论文、设计、编程、实验评价等过程来完成课程设计(大实验)

注意

  • 筑基内功--请提前学习计算机原理、C语言、数据结构课程
  • 工欲善其事,必先利其器--请掌握七种武器 实验常用工具列表
  • 学至于行之而止矣--请在实验中体会操作系统的精髓
  • 打通任督二脉--lab1和lab2与x86硬件相关性较大,比较困难,有些同学由于畏难而止步与此,很可惜!仅仅熟读内功心法是不够的,通过实践lab1和lab2后,对计算机原理中的中断、段页表机制、特权级等的理解会更深入和贴近实际,这等同于打通了任督二脉,后面的实验将一片坦途。

实验内容

实验指导书

【提醒】对于实验中的开发: git, gcc,gdb,qemu,make,diff & patch, bash shell这些重要工具的基本用法是需要提前掌握的.

实验指导书 on gitbook中会存在一些bug,欢迎在在piazza在线OS课程问答和交流区提出,会有奖分!

实验题目

  1. lab0 :熟悉实验环境
  2. lab1 :启动操作系统
  3. lab2 :物理内存管理
  4. lab3 :虚拟内存管理
  5. lab4 :内核线程
  6. lab5 :用户进程
  7. lab6 :处理器调度
  8. lab7 :同步互斥
  9. lab8 :文件系统

实验环境

ucore OS实验主要在Linux环境下开发,有如下五种方法。

一、在线实验--基于"实验楼"在线平台

特点:不用在本机配置环境或安装虚拟机,你需要的是可以可以上网的网络浏览器,实验都可在网上完成!感谢实验楼提供的支持!

二、Windows下基于MingW进行实验

特点:可在Windows环境下完成实验。不用安装Linux,只需在Windows上安装相关软件即可。

[NOTICE] 没有足够的技术支持,希望有感兴趣的生成一个安装软件包和中文使用说明,方便大家使用!

三、Windows下基于VirtualBox or VMWare进行实验

特点:可在Windows环境下完成实验。不用安装Linux,安装VirtualBox等虚拟机软件即可,可以用已经配好环的虚拟硬盘。安装简单,但性能受一定影响。

1. 安装VirtualBox or VMWare软件

VirtualBox虚拟机软件

https://www.virtualbox.org/

[NOTICE] 也可以安装vmware虚拟机软件

2.使用已经预先安装好相关实验环境所需软件的虚拟硬盘

并下载已经安装好ubuntu 14.04 x86-64的虚拟硬盘文件压缩包。 VirtualBox的虚拟硬盘文件压缩包2015版


压缩包可以用haozip for windows软件解压。解压压缩包后,可得到如下内容(大约6GB多)。

mooc-os-2015-2.vdi

如果此时你已经安装好了VirtualBox, 就可以在VirtualBox模拟的x86-64计算机中新建一个虚拟机(配置为ubuntu linux x86 64bit),并指定此虚拟机的虚拟硬盘为你刚才解压的vdi文件。创建完虚拟机后,就可以运行此虚拟幻镜,并可以开始学习 ucore OS实验了。

用户名是 moocos
口令是 <空格键>

[NOTICE] 如果正确安装了virtualbox并配置好虚拟机,但无法运行虚拟机或无法加入虚拟硬盘, 可以尝试删除virtualbox的一些配置目录,比如:

C:\Users\VirtualBox VMs\

建议a: 设置虚拟硬盘的大小为8GB以上,虚拟内存在1B以上。 建议b: 如果你的机器安装的是32位的windows,则下载32位的ubuntu 14.04 32bit img镜像。

四、在MAC OS下进行实验

感谢 altkatz!

Using gcc49

1.install homebrew

2.install binutils, gcc, gdb targeting i386-elf

  • brew tap altkatz/homebrew-gcc_cross_compilers
  • brew install i386-elf-gcc # may take an hour
  • brew install i386-elf-gdb

3. install qemu-system-i386

  • brew install qemu

五、手动在物理PC中安装环境


特点:性能最好,但安装有一定难度,需要对Linux比较熟悉

(这里假定安装的要是ubuntu14.04 x86-64的系统)

  1. 在物理PC上安装ubuntu

下载ubuntu 14.04 64bit img镜像,需要把镜像刻录到可启动的光盘或闪盘中,把光盘或闪盘放入物理PC,并在物理PC上重启安装。

  1. 在ubuntu系统中安装实验环境相关软件 在shell(比如gnome-terminal)下可执行如下命令来安装相关软件 (“$”是shell的提示符,不用输入)
  $ sudo apt-get update
  $ sudo apt-get upgrade
  $ sudo apt-get install build-essential git qemu-system-x86 vim-gnome gdb cgdb eclipse-cdt make diffutils exuberant-ctags tmux openssh-server cscope meld qgit gitg gcc-multilib gcc-multilib g++-multilib

[NOTICE] 最小需要的安装包: build-essential git qemu-system-x86 gdb make diffutils gcc-multilib

[NOTICE] 如要源码编译qemu,需要执行 apt-get install zlib1g-dev libsdl1.2-dev libesd0-dev automake

实验中的练习步骤

以VirtualBox为例,进入VirtualBox中运行的ubuntu,点击左侧的gnome-terminal软件图标,可启动gnome-terminal 软件。在此软件中,执行如下命令:

  1. 目前环境中已经有ucore lab源码,可进一步取得最新ucore lab源码
  $cd  moocos/ucore_lab  #到ucore lab所在目录
  $git pull   #取得最新的ucore lab源代码
  $cd
  1. 学习源码
  $cd labX  #X为 1--8
  1. 阅读,修改源码,可以用eclipse-cdt, understand, gedit或vim软件
  $eclipse
OR
  $understand
  1. 修改完毕后,编译实验代码
  $make
  1. 如果编译无误,则可以运行测试一下
  $make qemu
  1. 如果需要调试,

a. 可基于cgdb的字符方式(以lab1_ans为例)

  $cd labcodes_answer/lab1_ans
  $make debug

可以看到弹出两个窗口,一个是qemu,一个是cgdb 可以看到在bootloader的bootmain函数处停了下来。 然后我们就可以进一步在cgdb中用gdb的命令进行调试了

 (gdb)file bin/kernel   #加载ucore kernel的符号信息
 (gdb)break kern_init   #在函数kern_init处(即 0x100000地址处)设置断点
 (gdb)continue          #继续执行

这时就可以看到在kern_init处停了下来,可进一步调试。

b. 基于eclipse-CDT的debug view进行调试,如果安装了zylin debug插件,则完成初步配置后, 也可很方便地进行调试。

  1. 可以运行如下命令,看看自己的得分
  $make grade

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开发维护人员

  • 陈渝 yuchen AT tsinghua.edu.cn
  • 茅俊杰 eternal.n08 AT gmail.com

课程汇总信息

UCORERS (代码贡献者)

茅俊杰、陈宇恒、刘聪、杨扬、渠准、任胜伟、朱文雷、 曹正、沈彤、陈旭、蓝昶、方宇剑、韩文涛、张凯成、 S郭晓林、薛天凡、胡刚、刘超、粟裕、袁昕颢... 欢迎加入我们的OS兴趣小组,共同进步!

版权信息

ucore OS起源于MIT CSAIL PDOS课题组开发的xv6&jos、哈佛大学开发的 OS161教学操作系统、以及Linux-2.4内核。

ucore OS中包含的xv6&jos代码版权属于Frans Kaashoek, Robert Morris, and Russ Cox,使用MIT License。ucore OS中包含的OS/161代码版权属于 David A. Holland。包含的ostep练习的版权属于Remzi H. Arpaci-Dusseau and Andrea C. Arpaci-Dusseau。其他内部开发的ucore OS和相关练习的代码版权属于 陈渝、王乃铮、向勇,并采用GPL License. ucore OS相关的文档版权属于 陈渝、向勇,并采用 Creative Commons Attribution/Share-Alike (CC-BY-SA) License.

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