[操作系统] 二、研究安排

操作系统

作者：解琛
时间：2020 年 9 月 7 日

• 操作系统
• 二、研究安排
• 2.1 参考教材
• 2.2 操作系统原理与实现
• 2.3 基础实验
• 2.3.1 uCore
• 2.3.2 rCore
• 2.4 课程设计

二、研究安排

2.1 参考教材

• Operating Systems: Three Easy Pieces
  • 操作系统：三大简易元素
• Operating System Concepts
  • 操作系统概念
• Operating Systems:Internals and Design Principles
  • 操作系统：精髓与设计原理

2.2 操作系统原理与实现

围绕操作系统内核的原理进行研究。

重点是对图中红色圈出的部分进行研究。

• 包含了操作系统的系统结构，操作系统是一个大型软件，我们需要了解其构成的形式；
• 操作系统主要是通过中断来响应外设的请求，同时通过系统调用为应用提供一些相应的支持。

接着就是关注操作系统内部的一些实现，围绕 CPU 和内存进行研究，通过操作系统的管理，更有效的利用这方面的资源。

• 操作系统结构；
• 中断及系统调用；
• 内存管理
• 进程管理
• 处理机调度
• 同步互斥

最后是和 I/O 相关， I/O 包含了文件系统，是存储系统的一部分。

还有一些是其他一些外部设备（比如打印机），了解一下。

• 文件系统
• I/O 子系统

2.3 基础实验

2.3.1 uCore

这是清华计算机系，近十年一直学习的比较基础的实验内容。

基于 x86 用 C 编写一个操作系统。

• 实验零：操作系统实验准备；
• 实验一：系统软件启动过程；
• 实验二：物理内存管理；
• 实验三：虚拟内存管理；
• 实验四：内核线程管理；
• 实验五：用户进程管理；
• 实验六：调度器；
• 实验七：同步互斥；
• 实验八：文件系统。

2.3.2 rCore

基于 RISC-V 这种新的 CPU 上面，用 Rust 语言编写操作系统。

对于 RISC-V 这种 CPU，比 x86 简单不少，做出了很多操作系统开发的支持，相对会比较简单些。

用 Rust 代替 C，其学习的难度稍稍大了些，其编程可靠性和安全性都有其独特之处。

• 第一章：独立式可执行程序；
• 第二章：最小化内核；
• 第三章：中断；
• 第四章：内存管理；
• 第五章：内存虚拟化；
• 第六章：内核线程；
• 第七章：线程调度；
• 第八章：进程；
• 第九章：文件系统；
• 第十章：同步互斥。

2.4 课程设计

在各种 CPU 平台上对操作系统进行移植。

• RISC-V；
• x86-32；
• x86-64；
• MIPS；
• ARM。

对操作系统内核功能的实现和拓展。

• GUI；
• 驱动；
• 内核可加载模块；
• 微内核。

围绕操作系统分析工具进行研究和探讨。

• 错误分析；
• 行为分析；
• 模拟器。

围绕操作系统的实验设计进行研究和探讨。

• uCore；
• rCore；
• zCore。

围绕操作系统的新方向进行探索。

• Rust；
• go 语言；
• 内核语言。