通过9个Linux-0.11实验学习操作系统

简介

2019年秋，我自学了一下哈工大的操作系统课程，感觉其设计的教程和实验作为操作系统入门是个不错的选择（虽然是基于较老的Linux-0.11写的）。实验大致覆盖了操作系统中的核心概念，例如启动、中断、外设IO、上下文切换/系统调用，进程管理与调度，进程间通信，内存管理/地址转换，文件系统等。而且每个实验在教材中都有对应的说明，做起来很顺畅。我做完后整理了一下相关资源，希望能帮到一些自学的同学。

指导教材

该课程使用的教材是 李治军 和 刘宏伟 编著的《操作系统原理、实现与实践》（ISBN: 978-7-04-049245-3），你可以在 这里 获得。除了和课程对应的实验，这本书还在最后设计了4个大的项目，包含内核级线程，虚拟内存，GUI以及网络协议的实现。

另外，赵炯 编著的《Linux内核完全注释-内核版本0.11》也是一本不错的参考书，你可以在 这里 获取。

实验资源

你可以在 Hack-Linux-0.11 上获得开发环境需要的工具，以及每个实验的参考代码、示例效果和注意事项。该仓库的布局说明如下：

1. oslab.zip：原Linux 0.11的代码和在GNU/Linux下开发所需的工具，例如Bochs 2.3.7和GCC 3.4。

2. tmp/: 一些杂项，和主体实验没什么关系。

3. Lab 6.Ext. Print paging status/: 在完成实验6后，我设计了一个打印页地址转换的实验。

4. 其他的八个目录与书上的八个实验相对应，每个目录包含的是相对于原Linux 0.11更改的文件，另外还有一份README.md，说明了实验的注意事项以及示例效果。

通过使用 rsync 和 cp 这类的工具，我们可以方便的修改原始的Linux 0.11代码，并运行修改后的内核。例如，在我的机器上，可以通过以下bash命令来运行Lab 6.Ext.对应的内核：

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab$ rsync -a ../Hack-Linux-0.11/Lab\ 6.Ext.\ Print\ paging\ status/linux-0.11/ ./linux-0.11/

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab$ sudo ./mount-hdc 

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab$ cd ./hdc/usr/include/

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab/hdc/usr/include$ sudo cp ../../../../Hack-Linux-0.11/Lab\ 6.Ext.\ Print\ paging\ status/hdc/usr/include/* .

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab/hdc/usr/include$ cd ../../..

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab$ cd linux-0.11/

qiuhaoli@VM:~/tmp/oslab/linux-0.11$ make && ../run

环境搭建

本下载oslab.zip后，你可以参考 HIT-MANUAL 完成实验环境的搭建。要注意的是，在搭建过程中可能会遇到32位库缺失问题，可以通过指定安装对应的32位版本库或者multilib 解决，例如：

qiuhaoli@VM:~/tmp$ sudo apt install  gcc-multilib linux-libc-dev:i386

另外，某些头文件或者库在不同的GNU/Linux发行版或者不同版本的系统中放置的位置可能不同，例如 /usr/include/asm 与 /usr/include/asm-generic ，可以做一下链接：

qiuhaoli@VM:~/tmp$ ln -s /usr/include/asm-generic /usr/include/asm

最后，当你不知道某个文件或文件夹对应的库时，可以使用 apt-file 这个工具进行查找，例如：

qiuhaoli@VM:~/tmp$ apt-file search /usr/include/asm

gcc-multilib: /usr/include/asm
linux-libc-dev: /usr/include/asm-generic/auxvec.h
...

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P.S.

虽然这几个实验设计的都不错，但由于平台和代码年代久远，以及C本身的一些特性，在实验的过程中总会遇到一些历史遗留问题或者设计缺陷。我现在正试着基于RISC-V平台用Rust写一个教学型的操作系统，目前刚刚开始，如果你对此也有兴趣，就请联系我吧！