操作系统实验报告.doc

课 程 实 验 报 告 课程名称： 操作系统 专业班级：计算机科学与技术xxxx班 学 号： xxxxxxx 姓 名： xxxx 指导老师： xxxxx 报告日期： 20xx年xx月xx日 计算机科学与技术学院课程设计概述一、 实验目的掌握Linux操作系统的使用方法；了解Linux系统内核代码结构；掌握实例操作系统的实现方法。二、 实验要求1、 掌握Linux操作系统的使用方法，包括键盘命令、系统调用；掌握在Linux下的编程环境。l 编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能；l 编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要求用到Linux下的图形库。2、 掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用。另编写一个应用程序，调用新增加的系统调用。实现的功能是：文件拷贝；3、 掌握增加设备驱动程序的方法。通过模块方法，增加一个新的设备驱动程序，其功能可以简单。实现字符设备的驱动；4、 了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法l 了解/proc文件的特点和使用方法l 监控系统状态，显示系统中若干部件使用情况l 用图形界面实现系统监控状态。5、 设计并实现一个模拟的文件系统（选作）三、 设计说明Linux系统版本12.10新编译的内核版本3.6.11虚拟机VMware Fusion 3.0环境MAC OS X 10.68实验一一、 实验目的 1. 编写一个C程序实现文件拷贝的功能2. 编写一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果，要求用到Linux下的图形库。二、 实验过程1. 文件拷贝功能要实现文件拷贝功能，主要用到的函数是open、write、read。以前在windows下写C语言打开文件常用的fopen，此时不能用，因为fopen是ANSIC标准中的C语言库函数，在不同的系统中应该调用不同的内核api ；所以应该直接使用linux中的系统函数open。主要用到的头文件：Unistd.h包含了许多Linux系统服务的函数原型，如:read、writeFcntl.h定义了很多宏和open,fcntl函数原型Stdio.h标准输入输出头文件sys/types.h此头文件包含适当时应使用的多个基本派生类型sys/stat.h 包含了获取文件属性的一些函数errno.h用于调试错误代码是所需要的一些errno变量string.h包含了处理字符串的一些函数设计思路：由命令行参数获取2个文件名，根据其文件名和路径分别打开该2个文件，设置一个循环，从源文件复制N个字节到目的文件，直到源文件指针到文件尾，最后关闭2个文件。在可能出错的地方需要加上相应的报错代码和中断，并输出错误信息，以方便调试或是往后应用在第2小题中可能发生的错误。理清楚设计思路后，根据需求写出相应的源代码见后页源程序代码scopy.c ；在Linux终端使用编译命令 gcc o scopy scopy.c将程序编译并生产exe可执行文件。然后手动创建一个测试文件test.txt ，在终端输入命令./scopy test.txt target.txt这样就能将源文件test.txt复制到目标文件target.txt2. 分窗口显示并发进程的运行结果 安装Linux下的GTK+：首先要在Linux下载GTK+相关库文件并安装。在终端输入sudo apt-get install gnome-core-devel ，然后根据提示操作，就会安装 libgtk2.0-dev libglib2.0-dev 等开发所需的相关库文件。 $sudo apt-get install build-essential$sudo apt-get install gnome-core-devel$sudo apt-get install pkg-config$sudo apt-get install libgtk2.0*编译GTK+代码时需要包含的头文件是gtk/gtk.h，此外，还必须连接若干库；比如编译test.c时用以下命令。gcc o test test.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0在编写代码时需要用到的控件、窗口等视窗物件形态，用类GtkWidget定义其为指针类型。编写一个GTK+程序的基本步骤如下：l 初始化Gtkl 建立控件l 登记消息与消息处理函数l 执行消息循环函数gtk_main()之后所设计的3个进程，基本上都是以这样的方式编写代码的，因为之前曾用过OpenGL，所以在这方面掌握的比较快。初始化主要使用的函数有gtk_init(&argc,&argv); /启动GTK gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); /创建窗口 gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window),标题名); /设置窗口标题名 gtk_widget_set_usize(window, 200, 200); /设置窗口大小 gtk_widget_show(window); /显示窗口建立控件的一般流程/*创建表格准备封装*/gtk_table_new (/创建多少列gint rows,/创建多少栏gint columns,/用来决定表格如何来定大小gint homogeneous);/*这个函数是将表格table，结合到窗口window里*/gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window),table);gtk_widget_show(table);/ 显示该表格/*要把物件放进box中，可用以下函数*/void gtk_table_attach_defaults (GtkTable*table,/参数(table)是选定某表格GtkWidget*widget,/(child)是想放进去的物件gintleft_attach,/以下参数是指定把物件放在哪里, 及用多少个boxesgintright_attach,ginttop_attach,gintbottom_attach);三、 实验结果1. 文件拷贝功能 2. 分窗口显示并发进程的运行结果四、 源代码1. 文件拷贝功能#include #include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 1024 /缓冲区大小int main(int argc,char *argv) int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char bufferBUFFER_SIZE; /设定一个缓冲区 char *ptr; if(argc!=3) /三个参数 fprintf(stderr,Usage:%s fromfile tofilena,argv0); return(-1); /* 打开源文件 */ if(from_fd=open(argv1,O_RDONLY)=-1) fprintf(stderr,Open %s Error:%sn,argv1,strerror(errno); return(-1); /* 创建目的文件 */ 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) /* 出错*/ if(bytes_read=-1)&(errno!=EINTR) break; else if(bytes_read0) ptr=buffer; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read) /* 出错*/ if(bytes_write=-1)&(errno!=EINTR)break; /* 写完了所有读的字节 */ else if(bytes_write=bytes_read) break; /* 只写了一部分,继续写 */ else if(bytes_write0) ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; /* 写的时候出错*/ if(bytes_write=-1)break; close(from_fd); close(to_fd); return(1);2. 分窗口显示并发进程的运行结果#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, 本进程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, 父进程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); 实验二一、 实验目的 掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用。另编写一个应用程序，调用新增加的系统调用。实现的功能是：文件拷贝。二、 实验过程 1. 下载并解压内核到官方网站/下载内核linux-3.6.11.tar.xz，将其放入/usr/src中，打开终端，使用下列命令对其解压：#tar -xvf linux-3.6.11该目录用来存放内核的源码。 2. 修改内核首先对系统调用模块添加一个自定义函数helloworld.c，即添加一个新的自定义函数到/arch/x86/kernel中。在/include/linux/syscalls.h中添加如下代码，进行对系统调用模块的修改asmlinkage int sys_helloworld(const char* s_file, const char* t_file); 接着在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. 编译内核依次在终端键入以下命令进行对内核的编译，此过程要持续2小时左右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. 安装内核编译完成内核咋终端输入以下命令对内核进行安装sudo dpkg -i linux-image-3.6.11.Custom_i386.debsudo dpkg -i linux-headers-3.6.11.Custom_i386.deb 5. 系统调用使用如下命令实现对系统函数字符拷贝的调用gcc -o testsys.c testsys ./testsys三、 实验结果四、 源代码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;实验三一、 实验目的 掌握增加设备驱动程序的方法。通过模块方法，增加一个新的设备驱动程序，其功能可以简单。实现字符设备的驱动。二、 实验过程 通过以下指令进行字符驱动程序的安装sudo make sudo insmod f device.ko添加设备sudo mknod /dev/device c 147 0 实现功能sudo ./sdevice删除字符设备sudo rmmod device三、 实验结果四、 源代码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); 实验四一、 实验目的了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法了解/proc文件的特点和使用方法监控系统状态，显示系统中若干部件使用情况用图形界面实现系统监控状态。二、 实验过程通过在访问/kernel里的/proc文件获得meninfo等相关信息，并用gtk使其以图形方式显示，相关功能包括：(1)获取并显示主机名(2)获取并显示系统启动的时间 （未实现）(3)显示系统到目前为止持续运行的时间 （未实现）(4)显示系统的版本号(5)显示cpu的型号和主频大小(6)同过pid或者进程名查询一个进程，并显示该进程的详细信息，提供杀掉该进程的功能。(7)显示系统所有进程的一些信息，包括pid，ppid，占用内存大小，优先级等等(8)cpu使用率的图形化显示(2分钟内的历史纪录曲线) （未实现）(9)内存和交换分区(swap)使用率的图形化显示(2分钟内的历史纪录曲线) （未实现）(10)在状态栏显示当前时间 （未实现）(11)在状态栏显示当前cpu使用率(12)在状态栏显示当前内存使用情况(13)用新线程运行一个其他程序 （未实现）(14)关机功能（未实现）三、 实验结果四、 源代码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