介绍(2015)

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

在学堂在线查看OS相关原理和labX的视频；
可进一步在学堂在线或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；
在实验指导书 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；
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）；
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

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；
理解OS基本原理：在1的基础上，完成学堂在线练习题和与OS原相关的在线操作系统课程练习题，可理解OS基本原理
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
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
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

lab0 ：熟悉实验环境
lab1 ：启动操作系统
lab2 ：物理内存管理
lab3 ：虚拟内存管理
lab4 ：内核线程
lab5 ：用户进程
lab6 ：处理器调度
lab7 ：同步互斥
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。

windows下的ucore实验环境安装包：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：看你的安装能力。感谢“下来障”同学提供！

[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）

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。

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：

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

学习源码
```
$cd labX  #X为 1--8
```
阅读，修改源码，可以用eclipse-cdt, understand, gedit或vim软件
```
$eclipse
OR
$understand
```
修改完毕后，编译实验代码
```
$make
```
如果编译无误，则可以运行测试一下
```
$make qemu
```
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。

可以运行如下命令，看看自己的得分
```
$make grade
```

在线交流

piazza，OS课程技术交流的主要在线QA平台
QQ群 181873534 主要用于事件通知，聊天等

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

课程汇总

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.