《操作系統(tǒng)課程設計》開篇:一場深入計算機心臟的硬核旅行

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To: 勇敢的 2023 級探險家們

From: 你們的 OS 課程領航員

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大家好！

歡迎來到《操作系統(tǒng)課程設計》這門有點“特殊”的課。說它特殊，首先因為它是“必修”，雖然只有區(qū)區(qū)1個學分，但想畢業(yè)，誰也“逃”不掉。更重要的是，這門課將帶你暫別舒適的應用層，潛入計算機世界的“深海”，親手觸摸那些支撐著整個數(shù)字世界的底層邏輯。這會是一場充滿挑戰(zhàn)但也絕對酷炫的硬核旅行。

在出發(fā)前，請仔細閱讀這份“探險家指南”:

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1. 我們的座駕與地圖:xv6-riscv

本次探險，我們告別了龐大到令人望而生畏的 Linux 內核，換上了一艘更適合教學的“敏捷型潛艇”——xv6-riscv（源自 MIT 6.1810 課程的經典平臺）。它代碼凝練，設計優(yōu)雅，是讓你能真正“看透”并“玩轉”一個操作系統(tǒng)的絕佳起點。

【后勤保障】:我們今年的探險隊規(guī)模依然龐大（課表顯示足足有237人?。?ldquo;任務簡報”（實驗說明）和“集合地點”（實驗提交）都將通過學者網(wǎng)發(fā)布。我和助教們會提供詳盡的中文向導文檔，請大家務必保持通訊暢通，?？茨昙壢?，別錯過任何一個重要的“補給點”。

【教學與考核】: 此門課將基本遵循之前的線上教學模式。在每次布置實驗任務前（今年已經確定為5次），我會在教學站點（學者網(wǎng)）上發(fā)布一個較為詳細的實驗過程和說明文件（包括基本的實驗環(huán)境搭建），并會要求各位同學在規(guī)定的時間內上傳實驗報告/作業(yè)，以此作為期末的評分依據(jù)。

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

第一步:成為獨立的偵探。 優(yōu)先利用你最強大的工具——搜索引擎和AI大模型。學會精準地描述你的問題，通常90%的疑問都能在這里找到答案或線索。

第二步:啟動團隊協(xié)作。 如果獨立探索后仍無頭緒，不妨求助于身邊的“戰(zhàn)友”。同學之間的討論和思想碰撞，往往能點燃靈感的火花，這也是構建學習共同體的絕佳機會。

第三步:呼叫后方支援。 當你和同學們都已盡力嘗試，仍然無法解決問題時，請整理好你的問題、你已做過的嘗試和具體的報錯信息，再向助教尋求幫助。清晰的問題描述將幫助我們更快地定位并解決你的困難。

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2. 為何要“造船”?—— 系統(tǒng)編程的內功心法

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

請想象一個場景:你設計了一個無比精妙的算法，它像一件藝術品，在你的電腦上跑出了SOTA（State-of-the-art）的效果。然而，當它被部署到實際系統(tǒng)中時，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?

因為再完美的“乘客”（算法/模型），也得坐上一艘可靠的“船”（操作系統(tǒng)/硬件）才能遠航。如果“船”本身的設計不合理，乘客的體驗甚至安全都無從談起。這門課，就是教你如何理解“船”的構造，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“內功心法”。這種能力，無法通過刷題速成，也無法被任何獎項或績點完全定義，但它會是你未來職業(yè)生涯中最堅實的技術護城河。

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3. 你的AI副駕:是“神隊友”，不是“方向盤”

我們身處一個偉大的AI時代，你擁有了史上最強的“副駕駛”——大語言模型。我強烈鼓勵大家用好這位副駕，讓它幫你理解代碼、調試Bug、甚至生成代碼片段。學會寫高質量的提示詞（Prompt），本身就是一種新的核心競爭力。但請務必記住:AI是你的副駕，而你才是手握方向盤的駕駛員。 AI的回答質量，完全取決于你提問的水平；而提問的水平，則源于你扎實的專業(yè)基礎。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，那么當系統(tǒng)出現(xiàn)詭異的Bug時，你和AI只會面面相覷。所以，請盡情地與AI共舞，但永遠不要放棄“肉身Coding”帶來的思考與成長。

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4. 游戲規(guī)則:一份關于“躺平”與“封神”的契約

“老師，這課好過嗎?” —— 每年都有人問。

坦誠地告訴大家:這門課的通關下限很低。 如果你只想“安全”地拿到這1個學分，那么按時提交實驗報告，寫對名字學號，你大概率會獲得一個體面的分數(shù)。

但是，如果你不滿足于此，這里也為你準備了一條通往“封神”的道路。

（1）“普通玩家”模式:跟著我們的文檔，完成5次實驗，你會對OS有基本的認識。

（2）“硬核玩家”模式:除了完成基礎實驗，請主動通讀 xv6-riscv 的全部源碼，反復咀嚼；再去挑戰(zhàn)一下 MIT 課程官網(wǎng)上那些我們沒有要求的實驗。

（3）“地獄模式”:獨立思考，先于網(wǎng)絡搜索和AI，嘗試自己解決問題。當你絞盡腦汁后，再去參考別人的優(yōu)秀代碼，你會體驗到豁然開朗的極致快感。

選擇權在你手中。你可以選擇“抱佛腳”通關，但這無異于入寶山而空回。我真誠地希望你不要浪費這次寶貴的機會。你的每一分額外付出，都會在最終的成績單上得到響亮的回應。

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5. 終極召喚:代表華師，出征國賽！

課程的終點，是另一個更廣闊世界的起點——“全國大學生計算機系統(tǒng)能力大賽”（操作系統(tǒng)設計賽）。

說來慚愧，作為一名連續(xù)三年指導此項賽事的老師，我常常在和外校同行交流時感到一絲尷尬。當別人問:“你們這種老牌211、雙一流高校的計算機專業(yè)，怎么參賽的人這么少?”我竟一時語塞，難道要歸結為“我?guī)煗夂竦娜宋奶厣?rdquo;?

事實是，我們在系統(tǒng)能力培養(yǎng)的氛圍和實力上，與主流強校相比確實存在差距。但我堅信，差距不是借口，而是我們奮起直追的號角！過去三年，我們并非沒有勇士:從物理學院的同學開疆拓土，到軟件學院的同學斬獲國二，再到今年轉專業(yè)的同學堅持到底拿下國三……他們用行動證明了，我們有能力，也應該在全國的舞臺上發(fā)出更強的聲音。

所以，在此，我向2023級的各位發(fā)出最誠摯的邀請和最急切的呼喚:今年年底的省賽，與明年暑期的國賽，我渴望看到更多來自我們本院的隊伍，能夠挺身而出，踴躍報名，并肩作戰(zhàn)，堅持到底！這門課，就是你們最好的賽前集訓營！

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

祝各位，旅途愉快，Bug退散！

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【后勤補給站】

• 2021級譚宇亮OS國賽心得

http://www.sibylla19999.cn/course/V_courseOneNotice.html?courseId=100¬iceId=5395

• 2022級周晟OS國賽心得

http://www.sibylla19999.cn/course/V_courseOneNotice.html?courseId=100¬iceId=5396

• MIT課程主頁 (2024):https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2024/schedule.html
• 學者網(wǎng)課程站點:http://www.sibylla19999.cn/course/scnuos (密碼: os2025，請加入對應班級，這里是領作業(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