操作系统实验设计摘要:“操作系统”课程的理论性和实践性都很强,本文从北京航空航天大学操作系统课程设计出发,针对操作系统实验中存在的问题,通过分析、借鉴国内外著名大学的经验,以MIT操作系统实验为基础设计了一套以MIPS为硬件平台的操作系统实验,并在北航选取了一些学生进行应用。关键词:操作系统;实验设计;教学实践:G642文献标识码:B“操作系统”课程内容丰富,既要讲授关于操作系统的基础理论,又要让学生了解实际操作系统的设计与实现。操作系统实验设计正是该课程实践环节的集中表现,不仅使学生巩固理论学习的概念和原理,同时培养学生的工程实践能力。国内很多大学都非常重视操作系统实验设计,北京大学根据MIT课程,建立了自己的操作系统实验体系;清华大学专门设置了操作系统专题训练课程,以提高学生的工程实践能力;南开大学提倡使用系统仿真的实验环境加强学生理论联系实际的能力;浙江大学提出了“边学边干”的操作系统教学理念。北京航空航天大学计算机学院在2006年将“操作系统”课程分成了两门课程:一门讲授“操作系统”原理,一门“操作系统课程设计”专门进行操作系统实验。本文将以MIT的操作系统课程设计为基础,介绍在操作系统课程设计中,让学生自主开发一个小型教学操作系统。由于开发一个实际的操作系统难度和工作量很多,为了保证教学效果,我们首先为学生提供一个基础系统,该系统实现操作系统中最基本的部分。在此基础上,学生可以再进一步扩充,实现一个完整的操作系统。将来可以与硬件课程进一步集成,将教学操作系统移植到学生自己开发的硬件平台中。我们试图通过操作系统作为纽带,将计算机硬件与软件结合起来,培养学生对计算机系统的整体认识。1目前存在的问题在前几年的教学实践中,我们尝试过Nachos、Minix、Linux和Windows四种不同类型的实验,目前保留了Linux和Windows两组实验。每类实验包含4组实验,每个(组)同学选做一类实验,并完成该类中全部4组实验。Linux实验包括“YalnixShell”、“虚拟存储”、“作业控制系统”、“文件系统操作”或“模拟文件系统”(后面两个实验选做一个)。Windows2000/XP实验包括“生产者消费者问题”、“Windows虚拟存储器管理”、“NDIS协议驱动程序的分析与改进”、“虚拟磁盘的文件系统驱动程序设计”。这两组实验与主流操作系统结合紧密,极大地提高了学生的专业技能。虽然这些实验已经在国内一流院校中广泛使用,但是仔细分析我们可以发现,这些实验大部分还是停留在系统编程的水平。因此为提高操作系统教学水平,我们必须向国外研究型大学看齐,改进操作系统的课程设计。2国外主要研究性大学操作系统实验我们选择了四所大学的操作系统实验情况进行重点介绍。BrownUniversity#61548;课程名称cs167/cs169operatingsystemFall2006#61548;cs167课程介绍操作系统的基本原理#61548;cs169课程:学生每人用C编写一个简单的、单内核操作系统。所写的操作系统在技术上等价现代的操作系统#61548;实习项目:Kernel1,Kernel2,虚拟文件系统,文件系统,虚拟存储#61548;基础系统:WeenixPrincetonUniversity#61548;课程名称:OperatingSystemsFall2006#61548;实习项目:项目1:引导机制;项目2:非抢占式调度;项目3:抢占式调度;项目4:进程间通信与进程调度;项目5:虚存;项目6:文件系统UniversityofCaliforniaatBerkeley#61548;课程名称:OperatingSystemsandSystemProgrammingSpring2006#61548;实习项目:工程为仿真MIPS平台构造操作系统有4个工程。工程1:线程管理;工程2:多道程序设计;工程3:高速缓存和虚拟存储;工程4:网络和分布式系统HarvardUniversity#61548;课程名称:CS161:OperatingSystemsSpring2006#61548;实习项目:工程0:熟悉OS/161以及其运行环境System/161;工程1:同步;工程2:系统调用和进程;工程3:虚拟内存;工程4:文件系统MIT#61548;课程名称:6.828:OperatingSystemEngineering-Fall2003(forgraduatestudent)#61548;实习项目:工程1:启动装载过程;工程2:内存管理;工程3:进程和上下文切换;工程4:Fork和进程间通信;工程5:简单的文件系统;工程6:编写一个Shell从上面的分析可以看出,这几所大学操作系统实验内容丰富、难度大。这些大学都有同一个理念:要想学好...