跳转至

CS162: Operating System

课程简介

  • 所属大学：UC Berkeley
  • 先修要求：CS61A, CS61B, CS61C，扎实的C语言能力及GDB调试能力
  • 编程语言：C, x86汇编
  • 课程难度：🌟🌟🌟🌟🌟🌟
  • 预计学时：200 小时+，上不封顶

这门课让我记忆犹新的有两个部分：

首先是教材，这本书用的教材 Operating Systems: Principles and Practice (2nd Edition) 一共四卷，写得非常深入浅出，语言生动甚至时而幽默，是本课程 Lecture 视频内容极好的完善与补充，同时也很好地弥补了 MIT6.S081 在理论知识上的些许空白，是 CMU 操作系统课 15410 的实验性教材，非常建议大家阅读！相关资源会分享在本书的经典书籍推荐模块。

其次是这门课的 Project —— Pintos。Pintos 是由 Ben Pfaff 等人在 x86 平台上编写的教学用操作系统，Ben Pfaff 甚至专门发了篇 paper 来阐述 Pintos 的设计思想。

和 MIT 的 xv6 小而精的 lab 设计理念不同，Pintos 更注重系统的 Design and Implementation。Pintos 本身仅一万行左右，只提供了操作系统最基本的功能。每个project几乎没有框架代码，都需要自己设计实现并权衡不同方案的优缺点。而 4 个Project，就是让你在这个极为精简的操作系统之上，分别为其增加线程调度机制 (Project1)，系统调用 (Project2)，虚拟内存 (Project3) 以及文件系统 (Project4)（注：CS162 Pintos 的 project 和上述略有不同，详见下方课程作业说明）。所有的 Project 都给学生留有很大的设计空间，总代码量在 2000 行左右。根据 Stanford 学生自己的反馈，在 3-4 人组队的情况下，后两个 Project 的人均耗时也在 40 个小时以上。

虽然难度很大，但 Stanford, Berkeley, JHU 等多所美国顶尖名校的操统课程均采用了 Pintos。如果你真的对操作系统很感兴趣，Pintos 会极大地提高你编写和 debug 底层系统代码的能力，并让你学会设计一个系统，使你在不同可能的设计中学会取舍。在本科阶段，能自己设计、实现并 debug 一个大型系统，是一段非常珍贵的经历。

北大 2022 年春季学期的操作系统实验班也将会首次引入 Pintos 作为课程 Project。我和该课程的另一位助教整理并完善了 Pintos 的实验文档，并利用 Docker 配置了跨平台的实验环境，想自学的同学可以按文档自行学习。在毕业前的最后一个学期，希望能用这样的尝试，让更多人爱上系统领域，为国内的系统研究添砖加瓦。

课程资源

  • 课程网站：
  • 当前最新学期
  • Fa25-WayBack Machine
  • 课程视频，目前公开的视频有三个学期，分别为: 2020Fall，2021Fall 及 2022Spring 。根据我学习 2025Fall 学期的经历来看，2022Spring 的最适合自学，因为这个学期是线下录制的形式（除了前四节），上课时师生之间的互动更多，有很多有价值的问题在课堂上被解决：
  • 2022Spring课程视频
  • 2020Fall课程视频
  • 2021Fall的各个视频链接在2021Fall网站上
  • 课程教材：Operating Systems: Principles and Practice (2nd Edition)，本教材是课上 Lecture 内容的很好的补充，强烈推荐阅读。
  • 课程作业：3 个 Project，6 个 Homework（每个Homework的工作量大致相当于其他大部分公开课的Project， Project原本要求是组队实现，一个人自学的工作量较大）：
  • 3 个 Project , 每个 Project 都有完整的本地测试：
    1. User Programs: 实现进程执行函数的参数解析传递，实现进程相关的系统调用（25年的新增了fork系统调用），实现文件相关系统调用。
    2. Threads: 实现不忙等的 timer_sleep 函数, 实现严格优先级调度器，实现对多线程的支持，实现简化版的 pthread 库（这与北大的 Pintos 及 斯坦福的 CS212 的多级反馈调度的要求不同）。
    3. File Systems: 实现文件系统内核缓冲区 Buffer Cache，实现可扩容的文件，实现子目录。
  • 6 个 Homework， 其中一个为 Map Reduce 作业的子任务，作业 HTTP 及 Map Reduce 均有两个版本：C 和 Rust。除了 Memory 作业外，其他 Homework 均没有本地测试（但除了 Map Reduce 作业外， 其他作业都可以手动测试的大差不差， Map Reduce 作业可换成 MIT 6.824 的对应作业）
    1. List: 熟悉 Pintos 内置的链表结构
    2. Shell: 实现支持目录命令、启动程序、路径解析、重定向、管道、信号处理的 Shell
    3. HTTP: 实现一个支持 HTTP GET 请求的 HTTP 服务器
    4. Memory: 实现 sbrk，malloc 等内存管理函数
    5. Map Reduce: 实现一个可容忍错误的 MapReduce 系统
      • 包含作业 RPC Lab

资源汇总

@RisingUppercut 在学习这门课（2025Fall）中用到的所有资源和作业实现（包括代码、设计文档、初始框架代码等）都汇总在 @RisingUppercut/CS162-fall25 - GitHub 中。

由于北大的操统实验班采用了该课程的 Project，为了防止代码抄袭，我的代码实现没有开源。