os_kernel_lab/README.md

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2015-02-11 11:21:36 +08:00
# 介绍(2015)
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-08 23:22:55 +08:00
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。
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-02 00:59:39 +08:00
# 实验总体流程
1. 在[学堂在线](https://www.xuetangx.com/courses/TsinghuaX/30240243X/2015_T1/about)查看OS相关原理和labX的视频
2015-03-08 08:44:16 +08:00
2. 在[实验指导书 on gitbook](http://objectkuan.gitbooks.io/ucore-docs/)上阅读实验指导书,并参考其内容完成练习和实验报告;
2015-03-02 00:59:39 +08:00
3. 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
4. 如实验中碰到问题,在[在线OS课程问题集](http://xuyongjiande.gitbooks.io/os-qa/)查找是否已经有解答;
2015-03-08 23:22:19 +08:00
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](http://xuyongjiande.gitbooks.io/os-qa/)没找到解答,可到[piazza在线OS课程问答和交流区](https://piazza.com/tsinghua.edu.cn/spring2015/30240243x/home)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
2015-03-02 00:59:39 +08:00
6. 可进一步在[学堂在线](https://www.xuetangx.com/courses/TsinghuaX/30240243X/2015_T1/about)或[在线的操作系统课程练习题](https://www.gitbook.io/book/xuyongjiande/os_exercises)完成实验相关的练习题;
2015-03-17 08:17:24 +08:00
## 四种学习目标和对应手段
1. 掌握OS基本概念看在线课程能理解OS原理与概念看在线实验指导书并分析源码能理解labcodes_answer的labs运行结果
2. 掌握OS设计实现在1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
2015-03-17 08:18:07 +08:00
3. 掌握OS核心功能在2的基础上能够通过编程完成labcodes的8个lab实验中的challenge练习
2015-03-17 08:17:24 +08:00
4. 掌握OS科学研究在3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
2015-03-12 16:15:23 +08:00
【**注意**】
2015-03-11 09:09:00 +08:00
- **筑基内功**--请提前学习计算机原理、C语言、数据结构课程
2015-03-11 08:57:52 +08:00
- **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](https://github.com/objectkuan/ucore_docs/blob/master/lab0/lab0_ref_ucore-tools.md)
2015-03-11 08:55:36 +08:00
- **学至于行之而止矣**--请在实验中体会操作系统的精髓
2015-03-12 16:15:23 +08:00
- **打通任督二脉**--lab1和lab2比较困难有些同学由于畏难而止步与此很可惜。通过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等会有等同于打通了任督二脉后面的实验将一片坦途。
2015-03-11 11:05:53 +08:00
2015-03-11 08:54:01 +08:00
2015-01-30 20:21:39 +08:00
# 实验内容
2015-02-13 13:52:06 +08:00
## 实验指导书
2015-03-02 22:31:57 +08:00
- [实验指导书 on gitbook](http://objectkuan.gitbooks.io/ucore-docs/)
2015-03-10 08:34:40 +08:00
- [实验常用工具列表](https://github.com/objectkuan/ucore_docs/blob/master/lab0/lab0_ref_ucore-tools.md)
2015-03-10 08:33:57 +08:00
2015-03-11 08:57:52 +08:00
> 【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.
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-11 08:54:01 +08:00
> [实验指导书 on gitbook](http://objectkuan.gitbooks.io/ucore-docs/)中会存在一些bug欢迎在在[piazza在线OS课程问答和交流区](https://piazza.com/tsinghua.edu.cn/spring2015/30240243x/home)提出,会有奖分!
2015-03-02 20:56:27 +08:00
## 实验题目
2015-03-12 20:11:12 +08:00
1. lab0 :熟悉实验环境
2015-01-30 20:21:39 +08:00
1. lab1 :启动操作系统
1. lab2 :物理内存管理
1. lab3 :虚拟内存管理
1. lab4 :内核线程
1. lab5 :用户进程
1. lab6 :处理器调度
2015-03-12 20:11:12 +08:00
1. lab7 :同步互斥
1. lab8 :文件系统
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-02-13 13:52:06 +08:00
## 实验环境
2015-03-15 17:31:42 +08:00
ucore OS实验主要在Linux环境下开发有如下五种方法。
2015-03-13 00:20:40 +08:00
2015-03-13 00:26:10 +08:00
### 一、[在线实验--基于"实验楼"在线平台](http://www.shiyanlou.com/courses/221)
2015-03-13 00:20:40 +08:00
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](http://www.shiyanlou.com/)提供的支持!
### 二、Windows下基于MingW进行实验
2015-03-17 20:26:26 +08:00
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。
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-17 20:26:26 +08:00
- [windows下的ucore实验环境安装包](http://pan.baidu.com/s/1qWPtHxy):下载安装即可。感谢杨海宇同学提供!
- [windows下手动配置ucore实验环境说明文档](http://pan.baidu.com/s/1i3JxZZR):看你的安装能力。感谢“下来障”同学提供!
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-02-11 11:21:36 +08:00
[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!
2015-03-13 00:20:40 +08:00
### 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。
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-02-13 13:52:06 +08:00
#### 1. 安装VirtualBox or VMWare软件
2015-01-30 20:21:39 +08:00
VirtualBox虚拟机软件
https://www.virtualbox.org/
[NOTICE] 也可以安装vmware虚拟机软件
2015-02-13 13:52:06 +08:00
#### 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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
并下载已经安装好ubuntu 14.04 x86-64的虚拟硬盘文件压缩包。
2015-03-03 12:17:40 +08:00
[VirtualBox的虚拟硬盘文件压缩包2015版](http://pan.baidu.com/s/11zjRK)
2015-01-30 20:21:39 +08:00
--------------
2015-03-03 12:18:11 +08:00
压缩包可以用[haozip for windows软件](http://www.haozip.com)解压。解压压缩包后可得到如下内容大约6GB多
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
2015-03-02 20:50:46 +08:00
mooc-os-2015-2.vdi
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
2015-03-10 22:50:23 +08:00
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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
ucore OS实验了。
```
用户名是 moocos
口令是 <空格键>
```
2015-03-10 22:49:48 +08:00
> [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\
```
2015-03-13 00:24:42 +08:00
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
2015-03-17 08:05:59 +08:00
感谢 altkatz
Using gcc49
#### 1.install [homebrew](http://brew.sh/)
#### 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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
-------------------------------------
2015-03-13 00:24:42 +08:00
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
2015-03-13 00:24:42 +08:00
1) 在物理PC上安装ubuntu
2015-03-02 20:56:27 +08:00
2015-03-13 00:24:42 +08:00
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。
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-02 20:58:42 +08:00
2) 在ubuntu系统中安装实验环境相关软件
2015-01-30 20:21:39 +08:00
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
2015-03-13 00:24:42 +08:00
$ 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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
2015-03-10 18:15:33 +08:00
[NOTICE] 最小需要的安装包: build-essential git qemu-system-x86 gdb make diffutils gcc-multilib
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-10 19:04:18 +08:00
[NOTICE] 如要源码编译qemu,需要执行 `apt-get install zlib1g-dev libsdl1.2-dev libesd0-dev automake`
2015-02-13 13:52:06 +08:00
## 实验中的练习步骤
2015-03-13 00:24:42 +08:00
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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
软件。在此软件中,执行如下命令:
2015-03-02 20:57:46 +08:00
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
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
$cd moocos/ucore_lab #到ucore lab所在目录
$git pull #取得最新的ucore lab源代码
$cd
```
2015-03-02 20:57:46 +08:00
2) 学习源码
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
$cd labX #X为 1--8
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
2015-03-02 20:57:46 +08:00
3) 阅读修改源码可以用eclipse-cdt, understand, gedit或vim软件
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
$eclipse
OR
2015-01-30 20:21:39 +08:00
$understand
```
2015-03-02 20:57:46 +08:00
4) 修改完毕后,编译实验代码
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
$make
```
2015-03-02 20:57:46 +08:00
5) 如果编译无误,则可以运行测试一下
2015-01-30 20:21:39 +08:00
```
$make qemu
```
2015-03-02 20:57:46 +08:00
6) 如果需要调试,
2015-03-02 20:58:42 +08:00
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。
2015-03-02 20:57:46 +08:00
7) 可以运行如下命令,看看自己的得分
2015-03-03 12:19:01 +08:00
```
2015-01-30 20:21:39 +08:00
$make grade
2015-03-03 12:19:01 +08:00
```
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-10 22:56:35 +08:00
## 在线交流
- [piazzaOS课程技术交流的主要在线QA平台](https://piazza.com/tsinghua.edu.cn/spring2015/30240243x/home)
- QQ群 181873534 主要用于事件通知,聊天等
2015-02-13 13:56:39 +08:00
## 开发维护人员
- [陈渝](http://soft.cs.tsinghua.edu.cn/~chen) yuchen AT tsinghua.edu.cn
- 茅俊杰 eternal.n08 AT gmail.com
## 课程汇总信息
2015-03-02 20:56:27 +08:00
- [课程汇总](https://github.com/chyyuu/mooc_os)
2015-02-13 13:56:39 +08:00
2015-03-10 22:56:35 +08:00
## UCORERS (代码贡献者)
2015-01-30 20:21:39 +08:00
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...
2015-03-10 22:56:35 +08:00
欢迎加入我们的OS兴趣小组共同进步
2015-01-30 20:21:39 +08:00
2015-03-10 22:56:35 +08:00
## 版权信息
2015-03-08 23:18:01 +08:00
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。其他代码版权属于陈渝、王乃铮、向勇并采用GPL License.
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Attribution/Share-Alike (CC-BY-SA) License.