《操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》開篇:一場(chǎng)深入計(jì)算機(jī)心臟的硬核旅行

-------------

To: 勇敢的 2023 級(jí)探險(xiǎn)家們

From: 你們的 OS 課程領(lǐng)航員

-------------

大家好！

歡迎來(lái)到《操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》這門有點(diǎn)“特殊”的課。說(shuō)它特殊，首先因?yàn)樗?strong>“必修”，雖然只有區(qū)區(qū)1個(gè)學(xué)分，但想畢業(yè)，誰(shuí)也“逃”不掉。更重要的是，這門課將帶你暫別舒適的應(yīng)用層，潛入計(jì)算機(jī)世界的“深海”，親手觸摸那些支撐著整個(gè)數(shù)字世界的底層邏輯。這會(huì)是一場(chǎng)充滿挑戰(zhàn)但也絕對(duì)酷炫的硬核旅行。

在出發(fā)前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀這份“探險(xiǎn)家指南”:

-------------

1. 我們的座駕與地圖:xv6-riscv

本次探險(xiǎn)，我們告別了龐大到令人望而生畏的 Linux 內(nèi)核，換上了一艘更適合教學(xué)的“敏捷型潛艇”——xv6-riscv（源自 MIT 6.1810 課程的經(jīng)典平臺(tái)）。它代碼凝練，設(shè)計(jì)優(yōu)雅，是讓你能真正“看透”并“玩轉(zhuǎn)”一個(gè)操作系統(tǒng)的絕佳起點(diǎn)。

【后勤保障】:我們今年的探險(xiǎn)隊(duì)規(guī)模依然龐大（課表顯示足足有237人?。?，所有“任務(wù)簡(jiǎn)報(bào)”（實(shí)驗(yàn)說(shuō)明）和“集合地點(diǎn)”（實(shí)驗(yàn)提交）都將通過(guò)學(xué)者網(wǎng)發(fā)布。我和助教們會(huì)提供詳盡的中文向?qū)臋n，請(qǐng)大家務(wù)必保持通訊暢通，?？茨昙?jí)群，別錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)重要的“補(bǔ)給點(diǎn)”。

【教學(xué)與考核】: 此門課將基本遵循之前的線上教學(xué)模式。在每次布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)前（今年已經(jīng)確定為5次），我會(huì)在教學(xué)站點(diǎn)（學(xué)者網(wǎng)）上發(fā)布一個(gè)較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和說(shuō)明文件（包括基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建），并會(huì)要求各位同學(xué)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告/作業(yè)，以此作為期末的評(píng)分依據(jù)。

【探險(xiǎn)家求助指南】: 在這場(chǎng)硬核的旅行中，遇到難題是常態(tài)，學(xué)會(huì)如何高效解決問(wèn)題正是本課程的核心目標(biāo)之一。我們推薦大家遵循以下“三步走”策略:

第一步:成為獨(dú)立的偵探。 優(yōu)先利用你最強(qiáng)大的工具——搜索引擎和AI大模型。學(xué)會(huì)精準(zhǔn)地描述你的問(wèn)題，通常90%的疑問(wèn)都能在這里找到答案或線索。

第二步:啟動(dòng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作。 如果獨(dú)立探索后仍無(wú)頭緒，不妨求助于身邊的“戰(zhàn)友”。同學(xué)之間的討論和思想碰撞，往往能點(diǎn)燃靈感的火花，這也是構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體的絕佳機(jī)會(huì)。

第三步:呼叫后方支援。 當(dāng)你和同學(xué)們都已盡力嘗試，仍然無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，請(qǐng)整理好你的問(wèn)題、你已做過(guò)的嘗試和具體的報(bào)錯(cuò)信息，再向助教尋求幫助。清晰的問(wèn)題描述將幫助我們更快地定位并解決你的困難。

-------------

2. 為何要“造船”?—— 系統(tǒng)編程的內(nèi)功心法

我知道，在座的各位很多都是未來(lái)的AI算法大師、煉丹宗師，習(xí)慣了在 Python 里優(yōu)雅地import一切，成為一名快樂(lè)的“調(diào)包俠”。那么，我們?yōu)槭裁捶且?ldquo;自討苦吃”，去關(guān)心底層這些“臟活累活”呢?

請(qǐng)想象一個(gè)場(chǎng)景:你設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)比精妙的算法，它像一件藝術(shù)品，在你的電腦上跑出了SOTA（State-of-the-art）的效果。然而，當(dāng)它被部署到實(shí)際系統(tǒng)中時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的整體性能不升反降，甚至功耗爆炸。為什么?

因?yàn)樵偻昝赖?ldquo;乘客”（算法/模型），也得坐上一艘可靠的“船”（操作系統(tǒng)/硬件）才能遠(yuǎn)航。如果“船”本身的設(shè)計(jì)不合理，乘客的體驗(yàn)甚至安全都無(wú)從談起。這門課，就是教你如何理解“船”的構(gòu)造，甚至親手“造船”。它錘煉的是你的系統(tǒng)能力——一種能讓你看穿表象、洞悉全局的“內(nèi)功心法”。這種能力，無(wú)法通過(guò)刷題速成，也無(wú)法被任何獎(jiǎng)項(xiàng)或績(jī)點(diǎn)完全定義，但它會(huì)是你未來(lái)職業(yè)生涯中最堅(jiān)實(shí)的技術(shù)護(hù)城河。

-------------

3. 你的AI副駕:是“神隊(duì)友”，不是“方向盤”

我們身處一個(gè)偉大的AI時(shí)代，你擁有了史上最強(qiáng)的“副駕駛”——大語(yǔ)言模型。我強(qiáng)烈鼓勵(lì)大家用好這位副駕，讓它幫你理解代碼、調(diào)試Bug、甚至生成代碼片段。學(xué)會(huì)寫高質(zhì)量的提示詞（Prompt），本身就是一種新的核心競(jìng)爭(zhēng)力。但請(qǐng)務(wù)必記住:AI是你的副駕，而你才是手握方向盤的駕駛員。 AI的回答質(zhì)量，完全取決于你提問(wèn)的水平；而提問(wèn)的水平，則源于你扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。如果你把方向盤完全交給AI，滿足于它給出的“一鍵生成”方案，那么當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)詭異的Bug時(shí)，你和AI只會(huì)面面相覷。所以，請(qǐng)盡情地與AI共舞，但永遠(yuǎn)不要放棄“肉身Coding”帶來(lái)的思考與成長(zhǎng)。

-------------

4. 游戲規(guī)則:一份關(guān)于“躺平”與“封神”的契約

“老師，這課好過(guò)嗎?” —— 每年都有人問(wèn)。

坦誠(chéng)地告訴大家:這門課的通關(guān)下限很低。 如果你只想“安全”地拿到這1個(gè)學(xué)分，那么按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，寫對(duì)名字學(xué)號(hào)，你大概率會(huì)獲得一個(gè)體面的分?jǐn)?shù)。

但是，如果你不滿足于此，這里也為你準(zhǔn)備了一條通往“封神”的道路。

（1）“普通玩家”模式:跟著我們的文檔，完成5次實(shí)驗(yàn)，你會(huì)對(duì)OS有基本的認(rèn)識(shí)。

（2）“硬核玩家”模式:除了完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)主動(dòng)通讀 xv6-riscv 的全部源碼，反復(fù)咀嚼；再去挑戰(zhàn)一下 MIT 課程官網(wǎng)上那些我們沒有要求的實(shí)驗(yàn)。

（3）“地獄模式”:獨(dú)立思考，先于網(wǎng)絡(luò)搜索和AI，嘗試自己解決問(wèn)題。當(dāng)你絞盡腦汁后，再去參考別人的優(yōu)秀代碼，你會(huì)體驗(yàn)到豁然開朗的極致快感。

選擇權(quán)在你手中。你可以選擇“抱佛腳”通關(guān)，但這無(wú)異于入寶山而空回。我真誠(chéng)地希望你不要浪費(fèi)這次寶貴的機(jī)會(huì)。你的每一分額外付出，都會(huì)在最終的成績(jī)單上得到響亮的回應(yīng)。

-------------

5. 終極召喚:代表華師，出征國(guó)賽！

課程的終點(diǎn)，是另一個(gè)更廣闊世界的起點(diǎn)——“全國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力大賽”（操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)賽）。

說(shuō)來(lái)慚愧，作為一名連續(xù)三年指導(dǎo)此項(xiàng)賽事的老師，我常常在和外校同行交流時(shí)感到一絲尷尬。當(dāng)別人問(wèn):“你們這種老牌211、雙一流高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)，怎么參賽的人這么少?”我竟一時(shí)語(yǔ)塞，難道要?dú)w結(jié)為“我?guī)煗夂竦娜宋奶厣?rdquo;?

事實(shí)是，我們?cè)谙到y(tǒng)能力培養(yǎng)的氛圍和實(shí)力上，與主流強(qiáng)校相比確實(shí)存在差距。但我堅(jiān)信，差距不是借口，而是我們奮起直追的號(hào)角！過(guò)去三年，我們并非沒有勇士:從物理學(xué)院的同學(xué)開疆拓土，到軟件學(xué)院的同學(xué)斬獲國(guó)二，再到今年轉(zhuǎn)專業(yè)的同學(xué)堅(jiān)持到底拿下國(guó)三……他們用行動(dòng)證明了，我們有能力，也應(yīng)該在全國(guó)的舞臺(tái)上發(fā)出更強(qiáng)的聲音。

所以，在此，我向2023級(jí)的各位發(fā)出最誠(chéng)摯的邀請(qǐng)和最急切的呼喚:今年年底的省賽，與明年暑期的國(guó)賽，我渴望看到更多來(lái)自我們本院的隊(duì)伍，能夠挺身而出，踴躍報(bào)名，并肩作戰(zhàn)，堅(jiān)持到底！這門課，就是你們最好的賽前集訓(xùn)營(yíng)！

最后，我們的中文實(shí)驗(yàn)文檔也在持續(xù)迭代中（正與xv6的2024版內(nèi)容適配），若發(fā)現(xiàn)任何紕漏，歡迎隨時(shí)“開炮”！

祝各位，旅途愉快，Bug退散！

-------------

【后勤補(bǔ)給站】

• 2021級(jí)譚宇亮OS國(guó)賽心得

http://www.1061937.com/course/V_courseOneNotice.html?courseId=100¬iceId=5395

• 2022級(jí)周晟OS國(guó)賽心得

http://www.1061937.com/course/V_courseOneNotice.html?courseId=100¬iceId=5396

• MIT課程主頁(yè) (2024):https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2024/schedule.html
• 學(xué)者網(wǎng)課程站點(diǎn):http://www.1061937.com/course/scnuos (密碼: os2025，請(qǐng)加入對(duì)應(yīng)班級(jí)，這里是領(lǐng)作業(yè)和交作業(yè)的地方)
• xv6源碼視頻講解https://www.bilibili.com/video/BV1w94y1a7i8/?vd_source=6a2d0695bb980cee3a790ce24df0c212