上海交通大学并行与分布式系统研究所联合首歌，打造了新课程《现代操作系统》配套实验，面向全国高校操作系统系列课程师生开放！
本实用课程基于畅销书《现代操作系统:原理与实现》的知识体系，豆瓣评分9.0。实验系统是上海交通大学并行与分布式系统研究所开发的ChCore微内核操作系统。
ChCore由上海交通大学陈海波教授和夏宇斌副教授提出，带领其团队成员与国际操作系统和系统安全领域的知名学者共同开发。
该课程为师生提供了实践体系、实践案例和实践环境，希望快速提升学生的操作系统实践和创新能力，有力支撑国内高校计算机系统能力的实践教学和人才培养。
一. ChCore操作系统
随着操作系统的复兴，教学、科研和工业实践都面临着新的挑战。现代操作系统的教学不仅要体现操作系统的核心原理和设计，还要帮助学生建立对操作系统的系统认识。同时也要体现国际研究前沿，带领学生紧跟技术发展步伐，关注各种新处理器、新加速器架构、新应用场景的出现。目前，操作系统领域的前沿研究越来越紧密地与产业实践相结合。作为一门系统性和实践性很强的学科，操作系统系列课程的教学需要体现行业实践。如果只讲设计不讲实现，很容易陷入纸上谈兵的陷阱。
目前，能够支持多处理器运行的流行操作系统大多采用微内核结构。内核操作系统结构是在20世纪80年代后期开发的。因为它可以有效地支持多处理器的运行，所以非常适合分布式系统环境。
操作系统内核架构的范围
本课程使用的原型系统:ChCore操作系统基于微内核操作系统结构。微内核由一组尽可能减少数量的软件程序组成，它们负责提供实现一个操作系统所需的各种机制和功能。微内核操作系统是基于微内核架构的操作系统，所以在书中ChCore操作系统也被称为ChCore微内核操作系统。
采用微内核操作系统结构，ChCore的内核足够小，相对于其他操作系统，代码更少，体积更小，更容易被学生接受。这一特点体现在课程的第五阶段。
五阶段实验说明:ChCore中的文件读取过程
ChCore微内核的操作系统采用客户机/服务器模式。操作系统最基础的部分放入内核，操作系统的大部分功能在微内核之外的一组服务器中实现，继承了客户端/服务器模式的诸多优点。
在现代操作系统的结构设计中，经常采用“机制与策略分离”的原则来构造OS结构。通常，机制在一个系统的基础层，而战略在系统的高层。在传统的OS中，机制放在OS内核的较低层，策略放在内核的较高层。在微内核操作系统中，该机制通常放在OS的微内核中。正因为如此，才有可能把内核做得非常小。
此外，与MIT 6.828的JOS相比，ChCore使用aarch64作为系统架构，而不是传统的x86架构，避免了一些复杂的x86操作，有助于学生更清晰、有条不紊地掌握指令集。
第二，实践课程
1.课程介绍
本课程解释了操作系统的核心概念和原理。通过讨论现代操作系统的设计和实现，我们将讨论操作系统的核心概念，如进程和线程、同步和死锁、分段和分页、输入和输出、安全和可靠性、文件和存储等。本课程将重点讲解一些难点，包括锁的演化、锁的实现、同步机制的逻辑演化、内存管理、多核环境下的同步与调度等。同时分析了历史上重要的操作系统设计，如微内核、宏内核、外内核、虚拟化等结构，使学生了解和掌握计算机操作系统设计和实现的基本方法。
课程介绍和实验内容展示
2.课程特色
全新体验:帮助学生全面理解以ARM64为主体的操作系统。他们不仅可以学习现有的Linux宏内核架构，还将获得微内核、外部内核等架构的知识。
新手友好:以刚接触操作系统的新人为主要教学对象，课程内容经过教学团队反复调整。相比直接看课本，更基础，更容易上手，对重点知识的把握更准确。
分阶段学习:将课程实验分为六个阶段。前期学生将建立对操作系统各模块的系统认知，在实验指令的基础上，使用汇编语言在ChCore系统上进行基本操作，如引导加载程序、实现内存管理等。随着对ChCore操作系统内核理解的深入，学生将亲身体验操作系统功能模块的设计和实现，逐步培养动手能力和逻辑思维，实现从基础入门到提升的提升。
在线实验支持一键智能评测。
实践:实验内容和知识点与教材相对应，以突破的形式引导学生逐一突破操作系统的难点，鼓励学生加深对操作系统的理解，并在动手实践中熟练运用。当所有实验完成后，学生将基本实现一个简单的操作系统，操作系统的知识结构可以清晰地建立起来。这种体验不是单纯听老师讲课就能获得的。
3.课程内容
ChCore微内核操作系统的主要功能分为三个部分:进程管理、低级内存管理、中断和陷阱处理。基于此，以ChCore微内核操作系统为例，在《现代操作系统》课程中建立以下六个阶段的课程和配套实验:
第一阶段:ChCore操作系统-基础实验
第一级:实验基础知识
级别2:内核的引导和加载
第三级:内核态基本功能:内核态输入输出
第四层:内核基本函数:函数回溯
第二阶段:ChCore操作系统-内存管理
级别1:物理内存管理
级别2:虚拟内存映射
第三级:内核地址空之间
第三阶段:ChCore操作系统-流程管理
级别1:实现用户流程
级别2:异常处理
级别3:系统调用和页面缺失异常
第四阶段:ChCore操作系统——多核多进程
级别1:多核支持
第2级:日程安排
第三级:产卵
第4级:进程间通信
第五阶段:ChCore操作系统——文件系统
级别1:文件系统
第二级:外壳
阶段6: ChCore操作系统-扩展练习
级别1:高级实践
4.学习指南
chcore-git命令的用户手册附在系统的虚拟工作区目录中。
实验代号:https://gitee.com/ipads-lab/chcore-lab
教材:https://ipads.se.sjtu.edu.cn/mospi/
教育编码网站:https://data.educoder.net/paths/2665
三。教材介绍
1.专家推荐
现在，有了这本“银杏书”，国内的操作系统学生也可以有自己的中文“神课”了。他们一边看书听课，一边学习原理，既可以在chcore lab上亲自操作和实现，也可以一步步搭建整个操作系统的知识框架。上了这门课，看了这本教材，真的觉得受益匪浅。总的来说，这本教材叫《现代操作系统》，副标题强调了“原理”和“实现”两点。在我看来，《现代》概括了这本教材的先进性内容，“原理”和“实现”的结合，使学生在学习先进的操作系统理论的同时，能够亲手操作和实现操作系统，从而触摸和感受到复杂而深刻的原理，深刻理解操作系统的基本概念。
——作者:圆心
2.作者简介
上海交通大学陈海波教授
陈海波:特聘教授，博士，并行与分布式系统研究所所长，领域操作系统教育部工程研究中心主任，国家杰出青年基金获得者，ACM杰出科学家，CCF杰出会员，杰出演讲家。主要研究领域是操作系统和系统安全。曾获教育部技术发明奖一等奖、全国优秀博士论文奖、CCF青年科学家奖。
目前，他是ACM SIGOPS ChinaSys的主席，CCF系统软件委员会的副主任，ACM在中国的旗舰杂志Communications的第一个编辑委员会，特别部分的联合主席，以及ACM Transactions on Storage的编辑委员会。曾任ACM SOSP 2017大会联席主席，ACM CCS 2018系统安全领域主席，ACM SIGSAC奖委员会委员。该研究还获得了华为最具个人贡献奖和黄金团队奖。根据csrankings.org的统计，近五年在操作系统领域高水平会议上发表的论文数量居世界第一。
上海交通大学副教授夏宇斌
夏斌:上海交通大学软件学院副教授，IEEE计算机学会会员，ACM会员，计算机学会CCF会员。主要研究对象为操作系统、系统虚拟化和系统架构，研究方向为移动安全和云计算安全。研究成果已在ISCA、HPCA、EuroSys、MobiSys、FAST、CCS、NDSS等高水平学术会议上发表。目前主要研究基于硬件扩展的可信执行环境:在移动安全方面，带领团队开发了支持TrustZone的安全操作系统T6；在x86平台上，基于SGX，系统软件在虚拟化等方面得到支持。
