原理、实践与实验介绍

满足应用逐渐增加的需求

逐步体现操作系统的关键点

• LibOS
• 批处理OS
• 多道程序与分时多任务OS

原理、实践与实验介绍

满足应用逐渐增加的需求

逐步体现操作系统的关键点

• 地址空间抽象的OS
• 进程抽象的OS
• 文件抽象的OS

原理、实践与实验介绍

满足应用逐渐增加的需求

逐步体现操作系统的关键点

• 可进程间通信的OS
• 可并发的OS
• 管理I/O设备的OS

LibOS

• 远古操作系统雏形
• 现代简单嵌入式操作系统

相关知识点

• 函数调用: 编译器与操作系统的配合
• 硬件启动和软件启动
• 编写/调试裸机程序

裸机程序（Bare Metal Program ）：与操作系统无关的OS类型的程序

批处理OS

• 支持程序执行切换

相关知识点

• 特权级/特权操作
• RISC-V特权级/特权操作
• 系统调用/异常
• 加载&执行&切换应用程序
• 特权级切换

多道程序OS

• 支持多个程序驻留内存并依次执行

相关知识点

• 协作式调度
• 内存空间划分与管理

分时多任务OS

• 支持多个程序轮流执行

相关知识点

• 抢占式调度
• 中断处理
• 上下文切换

地址空间抽象的OS

• 支持程序间内存空间隔离

相关知识点

• 地址空间抽象
• 静态内存分配
• 动态内存分配
• 页式存储管理
  

地址空间抽象的OS

• 超越物理内存的虚拟存储

相关知识点

• 局部性原理
• 缺页异常
• 虚拟页式存储
• 置换算法
  

进程抽象的OS

• 支持动态创建程序执行

相关知识点

• 进程抽象
• 进程管理
• 调度机制

进程抽象的OS

• 支持多处理器/多核计算

相关知识点

• 多处理器/多核架构
• 多处理器调度
• 实际OS调度

文件抽象的OS

• 处理数据的便捷长期存储

相关知识点

• 文件抽象
• 文件组织结构
• 文件系统设计与实现

可进程间通信的OS

• 进程间可显式/隐式交互信息

相关知识点

• 信号 管道
• 消息队列 共享内存
• I/O重定向

可并发的OS

• 更方便共享资源

相关知识点

• 线程：用户/内核线程
• 协程的机制
• 协程、线程、进程的关系

可并发的OS

• 合理共享资源
• 同步与互斥

相关知识点

• 同步互斥的机制
• 同步互斥解决并发问题
• 死锁等问题
  

管理I/O设备的OS

• 支持各种外设

相关知识点

• 设备抽象
• 设备执行模型
• 同步/异步 I/O
• I/Os设备管理
  

实验一：操作系统的基本支持

覆盖内容

• LibOS、 批处理OS、 多道程序与分时多任务OS

知识点

• 计算机/OS启动、特权级切换、系统调用、应用程序/库/内核的关系、特权级相关异常、任务切换

实验二：地址空间

覆盖内容

• 地址空间抽象的OS

知识点

• 地址空间、应用与内核之间在不同地址空间的数据交互/控制交互、内存/地址相关异常（如缺页异常）

实验三：进程管理与调度

覆盖内容

• 进程抽象的OS

知识点

• 进程管理、调度算法

实验四：文件系统与进程间通信

覆盖内容

• 文件抽象的OS、可进程间通信的OS

知识点

• 文件系统实现、进程间通信机制

实验五：同步互斥

覆盖内容

• 可并发的OS

知识点

• 线程，同步互斥的机制，解决同步互斥问题，死锁问题，优先级反转问题

扩展实验（即大实验，课程设计）

7周内完成基础实验1~5后，与老师协商：选择完成扩展实验来代替考试

早完成基础实验，可早开展扩展实验

实现新feature（多核、新外设、新处理器、新功能）的支持

如支持游戏、树莓派/SiFive、网络、USB、AI等

参加全国大学生OS比赛