操作系統(tǒng)實驗報告.doc

課 程 實 驗 報 告 課程名稱： 操作系統(tǒng) 專業(yè)班級：計算機科學與技術xxxx班 學 號： xxxxxxx 姓 名： xxxx 指導老師： xxxxx 報告日期： 20xx年xx月xx日 計算機科學與技術學院課程設計概述一、 實驗目的掌握Linux操作系統(tǒng)的使用方法；了解Linux系統(tǒng)內核代碼結構；掌握實例操作系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。二、 實驗要求1、 掌握Linux操作系統(tǒng)的使用方法，包括鍵盤命令、系統(tǒng)調用；掌握在Linux下的編程環(huán)境。l 編一個C程序，其內容為實現(xiàn)文件拷貝的功能；l 編一個C程序，其內容為分窗口同時顯示三個并發(fā)進程的運行結果。要求用到Linux下的圖形庫。2、 掌握系統(tǒng)調用的實現(xiàn)過程，通過編譯內核方法，增加一個新的系統(tǒng)調用。另編寫一個應用程序，調用新增加的系統(tǒng)調用。實現(xiàn)的功能是：文件拷貝；3、 掌握增加設備驅動程序的方法。通過模塊方法，增加一個新的設備驅動程序，其功能可以簡單。實現(xiàn)字符設備的驅動；4、 了解和掌握/proc文件系統(tǒng)的特點和使用方法l 了解/proc文件的特點和使用方法l 監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，顯示系統(tǒng)中若干部件使用情況l 用圖形界面實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)。5、 設計并實現(xiàn)一個模擬的文件系統(tǒng)（選作）三、 設計說明Linux系統(tǒng)版本12.10新編譯的內核版本3.6.11虛擬機VMware Fusion 3.0環(huán)境MAC OS X 10.68實驗一一、 實驗目的 1. 編寫一個C程序實現(xiàn)文件拷貝的功能2. 編寫一個C程序，其內容為分窗口同時顯示三個并發(fā)進程的運行結果，要求用到Linux下的圖形庫。二、 實驗過程1. 文件拷貝功能要實現(xiàn)文件拷貝功能，主要用到的函數(shù)是open、write、read。以前在windows下寫C語言打開文件常用的fopen，此時不能用，因為fopen是ANSIC標準中的C語言庫函數(shù)，在不同的系統(tǒng)中應該調用不同的內核api ；所以應該直接使用linux中的系統(tǒng)函數(shù)open。主要用到的頭文件：Unistd.h包含了許多Linux系統(tǒng)服務的函數(shù)原型，如:read、writeFcntl.h定義了很多宏和open,fcntl函數(shù)原型Stdio.h標準輸入輸出頭文件sys/types.h此頭文件包含適當時應使用的多個基本派生類型sys/stat.h 包含了獲取文件屬性的一些函數(shù)errno.h用于調試錯誤代碼是所需要的一些errno變量string.h包含了處理字符串的一些函數(shù)設計思路：由命令行參數(shù)獲取2個文件名，根據(jù)其文件名和路徑分別打開該2個文件，設置一個循環(huán)，從源文件復制N個字節(jié)到目的文件，直到源文件指針到文件尾，最后關閉2個文件。在可能出錯的地方需要加上相應的報錯代碼和中斷，并輸出錯誤信息，以方便調試或是往后應用在第2小題中可能發(fā)生的錯誤。理清楚設計思路后，根據(jù)需求寫出相應的源代碼見后頁源程序代碼scopy.c ；在Linux終端使用編譯命令 gcc o scopy scopy.c將程序編譯并生產exe可執(zhí)行文件。然后手動創(chuàng)建一個測試文件test.txt ，在終端輸入命令./scopy test.txt target.txt這樣就能將源文件test.txt復制到目標文件target.txt2. 分窗口顯示并發(fā)進程的運行結果 安裝Linux下的GTK+：首先要在Linux下載GTK+相關庫文件并安裝。在終端輸入sudo apt-get install gnome-core-devel ，然后根據(jù)提示操作，就會安裝 libgtk2.0-dev libglib2.0-dev 等開發(fā)所需的相關庫文件。 $sudo apt-get install build-essential$sudo apt-get install gnome-core-devel$sudo apt-get install pkg-config$sudo apt-get install libgtk2.0*編譯GTK+代碼時需要包含的頭文件是gtk/gtk.h，此外，還必須連接若干庫；比如編譯test.c時用以下命令。gcc o test test.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0在編寫代碼時需要用到的控件、窗口等視窗物件形態(tài)，用類GtkWidget定義其為指針類型。編寫一個GTK+程序的基本步驟如下：l 初始化Gtkl 建立控件l 登記消息與消息處理函數(shù)l 執(zhí)行消息循環(huán)函數(shù)gtk_main()之后所設計的3個進程，基本上都是以這樣的方式編寫代碼的，因為之前曾用過OpenGL，所以在這方面掌握的比較快。初始化主要使用的函數(shù)有gtk_init(&argc,&argv); /啟動GTK gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); /創(chuàng)建窗口 gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window),標題名); /設置窗口標題名 gtk_widget_set_usize(window, 200, 200); /設置窗口大小 gtk_widget_show(window); /顯示窗口建立控件的一般流程/*創(chuàng)建表格準備封裝*/gtk_table_new (/創(chuàng)建多少列gint rows,/創(chuàng)建多少欄gint columns,/用來決定表格如何來定大小gint homogeneous);/*這個函數(shù)是將表格table，結合到窗口window里*/gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window),table);gtk_widget_show(table);/ 顯示該表格/*要把物件放進box中，可用以下函數(shù)*/void gtk_table_attach_defaults (GtkTable*table,/參數(shù)(table)是選定某表格GtkWidget*widget,/(child)是想放進去的物件gintleft_attach,/以下參數(shù)是指定把物件放在哪里, 及用多少個boxesgintright_attach,ginttop_attach,gintbottom_attach);三、 實驗結果1. 文件拷貝功能 2. 分窗口顯示并發(fā)進程的運行結果四、 源代碼1. 文件拷貝功能#include #include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 1024 /緩沖區(qū)大小int main(int argc,char *argv) int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char bufferBUFFER_SIZE; /設定一個緩沖區(qū) char *ptr; if(argc!=3) /三個參數(shù) fprintf(stderr,Usage:%s fromfile tofilena,argv0); return(-1); /* 打開源文件 */ if(from_fd=open(argv1,O_RDONLY)=-1) fprintf(stderr,Open %s Error:%sn,argv1,strerror(errno); return(-1); /* 創(chuàng)建目的文件 */ if(to_fd=open(argv2,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR)=-1) fprintf(stderr,Open %s Error:%sn,argv2,strerror(errno); return(-1); while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE) /* 出錯*/ if(bytes_read=-1)&(errno!=EINTR) break; else if(bytes_read0) ptr=buffer; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read) /* 出錯*/ if(bytes_write=-1)&(errno!=EINTR)break; /* 寫完了所有讀的字節(jié) */ else if(bytes_write=bytes_read) break; /* 只寫了一部分,繼續(xù)寫 */ else if(bytes_write0) ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; /* 寫的時候出錯*/ if(bytes_write=-1)break; close(from_fd); close(to_fd); return(1);2. 分窗口顯示并發(fā)進程的運行結果#include #include #include gint progress_timeout( gpointer pbar ) gdouble new_val; char s10; new_val = gtk_progress_bar_get_fraction (GTK_PROGRESS_BAR (pbar) + 0.01; if (new_val 1.0) new_val = 0.0; sprintf (s, %.0f%, new_val*100); gtk_progress_bar_set_fraction (GTK_PROGRESS_BAR (pbar), new_val); gtk_progress_bar_set_text (GTK_PROGRESS_BAR (pbar),s); return TRUE; void destroy_progress( GtkWidget *widget) gtk_main_quit ();void show(int argc,char *argv,char *title ) GtkWidget *window; GtkWidget *vbox; GtkWidget *pbar; GtkWidget *pbar2; GtkWidget *button; GtkWidget *label; int timer; char id_char50; gtk_init (&argc, &argv); window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL); gtk_window_set_resizable (GTK_WINDOW (window), TRUE); gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER); g_signal_connect (G_OBJECT (window), destroy, G_CALLBACK (destroy_progress), NULL); gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window), title); gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window), 0); vbox = gtk_vbox_new (FALSE, 10); gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (vbox), 10); gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), vbox); gtk_widget_show (vbox); sprintf (id_char, 本進程ID:%d, getpid (); label = gtk_label_new (id_char); gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), label, FALSE, FALSE, 0); gtk_widget_show (label); sprintf (id_char, 父進程ID:%d, getppid (); label = gtk_label_new (id_char); gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), label, FALSE, FALSE, 0); gtk_widget_show (label); pbar = gtk_progress_bar_new (); gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), pbar, FALSE, FALSE, 0); gtk_widget_show (pbar); timer = gtk_timeout_add (100, progress_timeout, pbar); button = gtk_button_new_with_label (close); g_signal_connect_swapped (G_OBJECT (button), clicked, G_CALLBACK (gtk_widget_destroy), window); gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, FALSE, FALSE, 0); GTK_WIDGET_SET_FLAGS (button, GTK_CAN_DEFAULT); gtk_widget_grab_default (button); gtk_widget_show (button); gtk_widget_show (window); gtk_main ();int main(int argc, char *argv) int pid = fork (); if (pid 0)printf (error!n); else if (pid = 0) int pid = fork (); if (pid 0) printf (error!n);else if (pid = 0) show (argc,argv,process3);else show (argc,argv,process2); elseshow (argc,argv,process1); 實驗二一、 實驗目的 掌握系統(tǒng)調用的實現(xiàn)過程，通過編譯內核方法，增加一個新的系統(tǒng)調用。另編寫一個應用程序，調用新增加的系統(tǒng)調用。實現(xiàn)的功能是：文件拷貝。二、 實驗過程 1. 下載并解壓內核到官方網(wǎng)站/下載內核linux-3.6.11.tar.xz，將其放入/usr/src中，打開終端，使用下列命令對其解壓：#tar -xvf linux-3.6.11該目錄用來存放內核的源碼。 2. 修改內核首先對系統(tǒng)調用模塊添加一個自定義函數(shù)helloworld.c，即添加一個新的自定義函數(shù)到/arch/x86/kernel中。在/include/linux/syscalls.h中添加如下代碼，進行對系統(tǒng)調用模塊的修改asmlinkage int sys_helloworld(const char* s_file, const char* t_file); 接著在arch/x86/syscalls/syscall_32.tbl添加350 i386 helloworldsys_helloworld 在arch/x86/kernel/Makefile中添加 obj-y+= helloworld.o 3. 編譯內核依次在終端鍵入以下命令進行對內核的編譯，此過程要持續(xù)2小時左右sudo apt-get install fakeroot build-essential kernel-package libncurses5 libncurses5-devcp /boot/config-3.5.0-17-generic ./.configmake menuconfigload .configmake-kpkg cleanfakeroot make-kpkg -initrd kernel_image kernel_headers 4. 安裝內核編譯完成內核咋終端輸入以下命令對內核進行安裝sudo dpkg -i linux-image-3.6.11.Custom_i386.debsudo dpkg -i linux-headers-3.6.11.Custom_i386.deb 5. 系統(tǒng)調用使用如下命令實現(xiàn)對系統(tǒng)函數(shù)字符拷貝的調用gcc -o testsys.c testsys ./testsys三、 實驗結果四、 源代碼helloworld.c#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /* Move somewhere else to avoid recompiling? */#include #include #include #include #ifndef SET_UNALIGN_CTL# define SET_UNALIGN_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef GET_UNALIGN_CTL# define GET_UNALIGN_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef SET_FPEMU_CTL# define SET_FPEMU_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef GET_FPEMU_CTL# define GET_FPEMU_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef SET_FPEXC_CTL# define SET_FPEXC_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef GET_FPEXC_CTL# define GET_FPEXC_CTL(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef GET_ENDIAN# define GET_ENDIAN(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef SET_ENDIAN# define SET_ENDIAN(a,b)(-EINVAL)#endif#ifndef GET_TSC_CTL# define GET_TSC_CTL(a)(-EINVAL)#endif#ifndef SET_TSC_CTL# define SET_TSC_CTL(a)(-EINVAL)#endifasmlinkage int sys_helloworld(const char* s_file, const char* t_file) /printk(hello,world!n); int bytes_read, bytes_write; /file id int from_fd, to_fd; char buffer100; char *ptr; mm_segment_t old_fs; old_fs = get_fs(); set_fs(KERNEL_DS); if (from_fd = sys_open(s_file,O_RDONLY,0) = -1) return -1; if (to_fd = sys_open(t_file,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR) = -1) return -2; /read source file while(bytes_read=sys_read(from_fd,buffer,1) if(bytes_read=-1) break; else if(bytes_read0) ptr=buffer; /write to the target file while(bytes_write=sys_write(to_fd,ptr,bytes_read) if(bytes_write=-1)break; else if(bytes_write=bytes_read) break; else if(bytes_write0) ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; if(bytes_write=-1)break; set_fs(old_fs); return 0; testsys.c#include #include int main(void)syscall(350,./test.txt,./target.txt);return 0;實驗三一、 實驗目的 掌握增加設備驅動程序的方法。通過模塊方法，增加一個新的設備驅動程序，其功能可以簡單。實現(xiàn)字符設備的驅動。二、 實驗過程 通過以下指令進行字符驅動程序的安裝sudo make sudo insmod f device.ko添加設備sudo mknod /dev/device c 147 0 實現(xiàn)功能sudo ./sdevice刪除字符設備sudo rmmod device三、 實驗結果四、 源代碼device.c#include #include #include #include MODULE_LICENSE(GPL);#define MAJOR_NUM 147static ssize_t d_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);static ssize_t d_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);static ssize_t d_open(struct inode *,struct file *);static ssize_t d_release(struct inode *,struct file *);struct file_operations d_fops= .read=d_read, .write=d_write, .open=d_open, .release=d_release,;static char var1024=Device test:;int counter=12;static int _init device_init(void) int result; result = register_chrdev(MAJOR_NUM, device, &d_fops); if(result) printk(device register failure); else printk(device register success); return result;static void _exit device_exit(void) unregister_chrdev(MAJOR_NUM, device); printk(unloading the device.);static ssize_t d_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off) if(copy_to_user(buf,var,1024*sizeof(char) return - EFAULT; return sizeof(char);static ssize_t d_write(struct file *filp,const char *buf,size_t len,loff_t *off) if(copy_from_user(var+counter,buf,len*sizeof(char) return - EFAULT; counter+=len; return sizeof(char); static ssize_t d_open(struct inode *inode,struct file *file) printk(KERN_INFO open it!n); return 0;static ssize_t d_release(struct inode *inode,struct file *file) printk(KERN_INFO close itn); return 0; module_init(device_init);module_exit(device_exit);sdevice.c#include #include #include #include #include main() int fd; char buffer1024; int num; fd=open(/dev/device,O_RDWR,S_IRUSR|S_IWUSR); if(fd!=-1) read(fd,buffer,1024*sizeof(char); printf(The device is %sn,buffer); printf(Please input the characters written to device:n); fgets(buffer,1024,stdin); num=strlen(buffer)-1; write(fd,buffer,num*sizeof(char); read(fd,buffer,1024*sizeof(char); printf(The device is %sn,buffer); close(fd); else printf(Device open failuren); 實驗四一、 實驗目的了解和掌握/proc文件系統(tǒng)的特點和使用方法了解/proc文件的特點和使用方法監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，顯示系統(tǒng)中若干部件使用情況用圖形界面實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)。二、 實驗過程通過在訪問/kernel里的/proc文件獲得meninfo等相關信息，并用gtk使其以圖形方式顯示，相關功能包括：(1)獲取并顯示主機名(2)獲取并顯示系統(tǒng)啟動的時間 （未實現(xiàn)）(3)顯示系統(tǒng)到目前為止持續(xù)運行的時間 （未實現(xiàn)）(4)顯示系統(tǒng)的版本號(5)顯示cpu的型號和主頻大小(6)同過pid或者進程名查詢一個進程，并顯示該進程的詳細信息，提供殺掉該進程的功能。(7)顯示系統(tǒng)所有進程的一些信息，包括pid，ppid，占用內存大小，優(yōu)先級等等(8)cpu使用率的圖形化顯示(2分鐘內的歷史紀錄曲線) （未實現(xiàn)）(9)內存和交換分區(qū)(swap)使用率的圖形化顯示(2分鐘內的歷史紀錄曲線) （未實現(xiàn)）(10)在狀態(tài)欄顯示當前時間 （未實現(xiàn)）(11)在狀態(tài)欄顯示當前cpu使用率(12)在狀態(tài)欄顯示當前內存使用情況(13)用新線程運行一個其他程序 （未實現(xiàn)）(14)關機功能（未實現(xiàn)）三、 實驗結果四、 源代碼creatwindow.hvoid end_program(GtkWidget *widget, gpointer data) gtk_main_quit();void creatWindow(void) int i; window = g_object_new(GTK_TYPE_WINDOW,title, System Monitor,default_height, windowHeight,default_width, windowWidth,NULL); gtk_container_border_width(GTK_CONTAINER(window),10); notebook = g_object_new(GTK_TYPE_NOTEBOOK, NULL); for (i=0;ipage_quantity;+i) page_titlei=g_object_new(GTK_TYPE_LABEL, label, page_title_chari, NULL); page_tablei = gtk_table_new(gridQuanV,gridQuanH,FALSE); g_signal_connect(window, destroy, G_CALLBACK(end_program), NULL); gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window),GTK_WIDGET(notebook); for (i=0;ipage_quantity;+i) gtk_notebook_append_page(GTK_NOTEBOOK(notebook), GTK_WIDGET(page_tablei), GTK_WIDGET(page_titlei); generaldef.hconst int DebugMode=1;const float RefershCycle=1;char *markup1;#define _SVID_SOURCE#include #include #include #include #include #include #include /*=*/#define page_quantity 5const int windowHeight=600;const int windowWidth=900;const int gridQuanV=100;const int gridQuanH=100;GtkWindow *window;GtkNotebook *notebook;GtkLabel *page_titlepage_quantity;char* page_title_charpage_quantity=System Brief,Resource Usage,Process Info,Module Info,Main Filesystem Info,;GtkWidget *page_tablepage_quantity;#include creatwindow.h/*=*/GtkImage *logo;GtkLabel* hostNameLabel;GtkLabel* hostNameText;GtkLabel* linuxSystemLabel;GtkLabel* kernelVersionText;GtkLabel* hardwareBriefLabel;GtkLabel* cpuInfoText;GtkLabel* memInfoText;GtkLabel* authorInfo;GtkHSeparator* hSep1;#include page1.h/*=*/GtkFrame *page2Framepage_quantity;char* page2FrameNamepage_quantity=System Overall Load,CPU Usage,Memory Usage,Network Activity,;int* cpuStruct1;int* cpuStruct2;int countFlag=0;float overallLoad3;GtkLabel* avgLoadLabel;char overallLoadLabelBuffer512;float cpuUsage;char cpuUsageText512;GtkProgress* cpuUsageProgressBar;int memAll;int memFree;int swapAll;int swapFree;float memPercent;float swapPercent;GtkProgress* memProgressBar;GtkProgress* swapProgressBar;char memText512;char swapText512;int netReceive;int netSend;float rece