《操作系统》课程概述

操作系统是一个典型的 “system”——它完成对计算机硬件系统的抽象，为应用程序提供运行的支持。我们的课程从三个视角观察操作系统：

• 从应用程序的视角看，操作系统定义了一系列的对象 (进程/线程、地址空间、文件、设备……) 和操纵它们的 API (系统调用)。这组强大的 API 把一台计算机的硬件资源分享给操作系统中的所有应用程序。我们看到的一切程序，不限于浏览器、游戏，甚至还包括容器、虚拟机、调试器、游戏外挂，都是在系统调用 API 上实现的。
• 从硬件的视角看，操作系统是一个拥有访问全部硬件功能的程序 (操作系统就是个 C 程序，不用怕)。硬件会帮助操作系统完成最初的初始化和加载，之后，操作系统加载完第一个程序后，从此作为 “中断处理程序” 在后台管理整个计算机系统。
• 从数学的视角看，一切计算机系统都是如同 “1 + 1 = 2” 一样 “well-defined” 的数学对象，这包括机器、程序，当然也包括操作系统。计算机系统的行为是可以用数学函数 (当然，也可以用代码) 表示的。

课程组织

在这一次新的课程建设中，我们希望为同学们呈现一门编程课，每一节课都带着一个明确的，希望 “实现一点什么” 的目标，每节课都学会一类新的软件系统的实现原理，从而建立对 “操作系统是什么” 的感性认识：课堂以 “应用视角的操作系统” 为主，讲解操作系统中的对象和 API，但特别侧重 “我们能用这些机制做什么”，例如在 Linux 中复刻三类经典游戏外挂：金山游侠、按键精灵、变速齿轮，并用它们修改真正的游戏；我们也会构建操作系统的可执行模型，并用形式化方法 “暴力枚举” 操作系统上程序的所有可能行为以更好地理解操作系统 (USENIX ATC'23 Paper)。

课程中不再讲述内核是如何实现，但参考书 “Operating System: Three Easy Pieces” 就成了查漏补缺的绝佳课后读物，藏着许多惊喜。如果学完这门课，同学们对操作系统实现很感兴趣，可以选修其他课程 (例如 6.1810)。

我们的课程也不再是 “闻风丧胆” 的折磨实验，本学期所有实验都是 Mini labs，通过实现一系列有趣的 (黑科技) 代码理解操作系统中对象存在的意义和操作系统 API 的使用方法、设计理念；没有内核实验，没有模拟器。这是一门编程课。

前导知识

只要会写代码就可以啦！与往年课程不同，你不再需要熟悉指令集体系结构。但你依然应该有相当的代码能力，包括正确使用大语言模型、独立排查问题和在互联网查阅资料的能力，能够处理一定规模的代码。因此，我们也不需要生存指南了！