操作系统课程设计报告

1、西安垂B重大操作系统课程设计报告书院系名称：学生姓名：专业名称：班级：学号：时间：2016年5月9日至2016年5月20日1实验目的操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源的虚拟机，其中的文件系统是对软件和设备进行管理的系统，文件系统是操作系统中非常重要的一个模块，它的实现占用了操作系统源码的最大编码量，其好坏也直接影响着用户对操作系统的感受程度。通过对操作系统课程设计的实践，进一步加深对文件系统的认识和理解，并在此基础上培养学生的工程应用能力。实验分别从用户态和内核态两个层次实践文件系统的部分功能。2实验任务2.1 ls实现在linux下编程实现带参数的shell命令ls,ls命令必须支持如

2、下功能。1 .基本要求(1)支持-l参数；(2)输出结果按字典排序；(3)列出文件，支持-a参数，在没有-a时候不显示隐藏文件；(4)显示记录总数。2 .高级要求(1)支持对给定的目录进行操作，如ls/tmp；(2)输出结果分栏排序，每栏的宽度由这一栏最长的文件名决定，显示的栏数还受终端显示器的宽度影响，每一列尽可能的等宽；(3)正确显示文件特殊属性suid、sgid和sticky,参见联机帮助确保程序能处理各种情况；(4)支持标准的ls支持选项-R,它的功能是递归地列出目录中所有的文件包含子目录中的文件；(5)支持标准的ls支持选项-u,它会显示出文件的最后访问时间，如果用了-u而不用-l,

3、会有什么结果？；(6)当关掉一个文件的读权限，就不能打开这个文件来读。如果从一个终端登录，打开一个文件，保持文件的打开状态，然后从另外的终端登录，去掉文件的读权限，这时有什么事情会发生？编写一个程序，先用open()打开一个文件，用read()读一些内容，调用sleep()等待20s以后，再读一些内容，从另外的终端，再等待的20s内去掉文件的读权限，这样会有什么结果？。2.2编写内核模块显示目录或文件的信息。(1)使用内核模块编程；(2)调试Linux操作系统原理与应用第8章文件系统P215的例子；(3)练习给内核模块传入参数，参考关于带参数的模块编程(4)给内核模块传入参数path,其中pa

4、th为绝对路径；1)当path为目录时，显示目录对应的dentrey结构中的相关信息(可打印的信息)；2)当path为文件时，显示文件对应的indoe结构中的相关信息(可打印的信息)；3)当路径错误时，有错误提示信息。3开发环境设备名称设备类型配置类型参数ThinkPadE431PC机硬件配置RAM4G软件配置Ubuntu32位其他配置虚拟机4测试环境设备名称设备类型配置类型参数ThinkPadE431PC机硬件配置RAM4G软件配置Ubuntu32位其他配置虚拟机5总体设计5.1功能组织图实现ls运行命令获取屏幕宽度(2)、修改文件权限关闭文件(3)、super_block(4)、内核传参S

5、uper_block资源力口锁5.2原理获取文件的信息，使用stat函数，这个函数会得到指定文件的详细信息。Ls的实现主要借助于这个函数。因为linux是开源的，所以就使用linux内核的数据结构和函数来编写内核模块，从而得到指定文件的信息。Linux下的C编程有两个标准ANSI和POSIX标准。POSIX提供大量的系统编程的API,使用起来很方便。Windows下不支持POSIXB准，要想进行系统编程，必须使用Win32API。而Win32API的消息机制，又是比较难以理解的。而且windows是闭源的，不能够进行内核模块的编写。每一个文件可以得到一个stat结构体，里面有非常丰富的文件信息

6、。文件类型和权限、文件的i节点号码、设备号码、特殊设备号码、链接数量、文件所属者的uid、文件所属组的gid、文件大小、文件的最后访问时间、文件的最后修改时间、文件的状态最后改变的时间、文件所占用的I/O块的数量、文件所占用磁盘块的数量。这些都是实现ls所必须的。Structfile结构体就是内核模块所要使用的，里面最重要的成员就是structdentry,它是逻辑上意义上的文件，在磁盘上没有对应的影像。而structinode结构体代表的是物理意义上的文件，记录的是物理上的属性。它们都是重要的内核数据结构。Linux的文件访问权限：Linux是一个安全的操作系统，说他安全，最重要的一个原因是

7、对用户访问权限的控制。在shell下我们可以通过命令ls-lfilename来查看一文件的属性。其中第一项文件属性总共由10位构成，第一位是文件类型，剩下9位都是表示文件的访问权限，每3个一组，第一组：文件所有者对该文件的操作权限，第二组表示与文件所有者同组的用户对该文件的操作权限，第三组表示其他用户对该文件的操作权限，权限由三种字母组成：r:可读w:可写x:可执行。编写内核模块写内核模块，打印super_block结构中一些域的值。（课本上的例子）遍历系统中的超级块：list_head结构类型的字段名称为s_list。list_entry宏通过指向list_head节点的地址来得到外部超级块

8、的首地址。获取系统中个超级块的地址，获得某个子进程的地址，打印文件系统所在的主设备号和次设备号和文件系统名。遍历打印每个超级块中的所有索引节点号，打印索引结点。内核模块传入参数path,其中path为绝对路径。path=!i径时，显示如下信息：目录项标志、哈希表、短目录名、目录项长度、目录项名、目录项计数器的引用path=文件时，显示如下信息：文件索引节点的数量、文件类型和权限、用户ID、用户组ID、指定文件系统的读写访问标志、文件大小、索引节点的状态、硬链接数、引用记数、文件的块、版本号、以位为单位的块大小6详细设计6.1模块一ls功能的实现1 .功能ls支持-l参数；输出结果按字典排序；(

9、3)列出文件，支持-a参数，在没有-a时候不显示隐藏文件；(4)显示记录总数。(5)支持对给定的目录进行操作，如ls/tmp;(6)输出结果分栏排序，每栏的宽度由这一栏最长的文件名决定，显示的栏数还受终端显示器的宽度影响，每一列尽可能的等宽；(7)修改文件权限(8)、支持-u、-R参数2 .算法/流程图Ls算法描述：用params20保存命令行参数的值，用pathPATH_MAX+1保存文件的路径名；程序运行时，先将命令参数保存下来，并给paramFlag赋相应的值，再判断文件路径是否存在，不存在则代表当前目录，将./赋值给path,若存在，则根据文件路径判断是文件还是目录，若是文件，就根据p

10、aramFlag和path调用DisposeParam()函数，然后再调用showFileName()函数输出该文件的属性；若是目录，就将正确的目录名保存到path；最后根据paramFlagr和path调用DirRead()函数，列出目录下所有文件的属性。流程图：main()判断路径DisposeParam()DirRead()-uHasDir()(是)(否)CompareU()Compare()l有-R(文件)参：命令建、路径少数有-R,传入参攵：当前找到的子目录的完整路径(无路径、目录)传参：命令参数、路径(是)传参：文件状态stat文件名、有参数u标志ShowFileName()Sho

11、wFileInfo()(是)传参：命令行参数、子目录(否)显示目录下的文件名，传参：命令行完整路径参数、文件路径3 .运行结果xcuburtu:-WSr-sr-x-rwxrw-rw-rwxrw-rw-rw-rw-f-r*_.-r-rwxrwxr-x-rw-rwT-drwxrwxrx-rwxrwxr-x-rwxrw-rw-rw-rw-r-rwrw-r-rwxrwrw-rwxrw-rw-rw-rw-r-*_w-r-rwrw-r-rw-rwr-总用量：96-/hxc$./Is1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc3hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hx

12、c1hxt1hxc11XChxchxchxchxchxc11xchxcHkchxchxchxchxchxchxchxchxchxc222512S3&O8874115640901S20411689260346S1524415&8252276日8ThuHayWedHayTueHayHedHayThuMayThuMayThunayThuHayThuHayThuHayHedMayThuHayWedMayMedHayhiedHayWedM4yHlMayHEdnay181818：19：27Z日1617:45:白62616&l:56:4fl2fll617：45：242BUie：19：06ZOIC1S：ZZ：

13、25201622:34:552日1623123:SS201618ill:12201622：32：3620161S：11：4ZZ916Z3：15：O52S618：。9：4之261617:43:55201617:45:25201617：45：242B1S17：fl5J252916171AS：242916i+txtMakefiLleMakefileModule.synversuntitledDocuiwnt-fflle.chhhhhhl与Is.亡nodules.ordernyls,cnht.ct.kot.ncd.ct+ncd.ot.a4.模块使用的主要函数、数据类型和宏(1)主要函数说明1)函数一v

14、oidDirRead()原型；voidDirRead(int,char*)功能：读取目录下文件和子目录的内容信息。参数：paramFlag,path返回值：无函数二：voidShowFileName()原型；voidShowFileName(char*)功能：显示文件名。参数：文件名返回值：无函数三：voidShowFilesInfo()原型；voidShowFilesInfo(structstat,char*,inthasU)功能：显示文件的详细信息参数：structstat,fileName,hasU返回值：无函数四：voidDisposeParam()原型；voidDisposePara

15、m(intparamFlag,char*filePath)功能：根据参数的种类，分类对该目录或文件进行不同的显示操作参数：paramFlag,filePath返回值：无函数五：intCompare()原型；intCompare(constvoid*,constvoid*)功能：按字典顺序排序。参数：返回值：strcmp(char*)first,(char*)last)函数六：intCompareU()原型；intCompareU(constvoid*,constvoid*)功能：在有-u而没有-l的情况下，按最近时间由近到远的顺序排序。参数：structstatbuf1,buf2;返回值：(i

16、nt)buf2.st_atime-(int)buf1.st_atime);(2)数据类型1)数据类型1名称：paramFlag类型：int含义：记录命令行参数种类数据类型二：名称：total类型：int含义：-l显示的总用量数据类型三：名称：dirPathPATHCOUNTPATH_MAX+1类型：char含义：-R中存储子目录路径数据类型四：名称：st类型：structst含义：保存文件信息数据类型五：名称：maxFileLen类型：int含义：存放某目录下最长的文件名的长度数据类型六：名称：params20;/存储参数类型：char含义：存储参数(3)宏名称：#definePARAM_NO

17、NE0含义：无参数名称：#definePARAM_A1含义：参数中的-a参数（显示所有文件包括隐藏文件）名称：#definePARAM_L2含义：参数中的-1参数（列出文件的详细信息）名称：#definePARAM_U4含义：参数中的-u参数（显示文件最后一次访问时间）名称：#definePARAM_R8含义：参数中-R参数（递归显示文件与子目录及其内容）名称：#definePATHCOUNT10含义：递归显示目录功能中子目录的数量6.2模块二：read1、功能：打开文件，修改文件权限后读取文件内容。2、算法/流程图：buf、读取文件长度程序睡眠传参：文件描述符、储读取文件内容3、运行结果:h

18、xcubumtLi:-./hxcS,/f1.txt-hiu幽Buntu：rWixshxublifitu；-$cdhxChxcubuntu:/hxc$chn&d2S5l.txthxcubmntij:-/hxc$|第一迟打开文件操作wo.li负取了10字节的故据：肝工81如。修改文件权限瞳眼秒结束hc.j谟取了1白字节的数据:1口1内的门关闭文件第二次打开文件操作文件打开褶退.文件辞限不解或不存在!hxcflubuntu:-/hxc$4、模块使用的主要函数、数据类型和宏（1）、主要函数说明：1）函数一：main原型:voidmain（）功能：打开文件参数：无返回值：无(2)数据类型：1)名称：fd

19、类型：int含义：文件描述符2)名称：buf类型：char*含义：定义一个空指针，用来指向动态申请的内存地址(3)、宏定义：无6.3模块三：super_block(1)、功能：通过加载内核的方式，打印出超级块super_blocks数据结构中文件系统所在的主设备号和次设备号以及文件系统名(2)、流程图：遍历各超级块的索引号节点并获取索引结点的信息hx-cjiLitiijntusudotn、.中dtkpsuidopasswordforhxc:hxcubuntu:-/hxc5|tail24S95.4S0324095.40893524B9j.4W37Z4B?5r4PS933Z4B95.4089412

20、4白勺5、4白89。3：41843766224B95.44SM724095.45896524B95.416ti8B24B95.416S7(3)、运行结果:devt：e：22ftle_typenane?pstore1251一dev_t:6:23file_typenamuyoup10919189181S917139151091410939139031&M7160609eS13911964S16&47106451964470697O6S7067T96&76S5766470Sdev_t24ftIe_typenamejfuse(4)、模块使用的主要函数、数据类型和宏1）主要函数说明：1）函数一原型：st

21、aticint_initmy_init（void）功能：模块加载参数二返回int2）函数二原型：staticvoid_exitmy_exit（void）功能：模块卸载参数：void返回值：void数据类型1）数据类型1名称：sb类型：structsuper_block*含义：定义一个超级块2）数据类型2名称：pos类型：structlist_head*含义：定义一个链3）数据类型3名称：linode类型：structlist_head*含义：定义一个链表4）数据类型4名称：pinode类型：structinode*含义：定义一个索引结点5）数据类型5名称：count类型：int含义：存储总数（

22、3）宏一名称：#defineSUPER_BLOCKS_ADDRE0SSffffff81c672e0含义：超级块的变量地址宏二名称：#defineSB_LOCK_ADDRES0Xffffffff81fac320含义：sb_lock超级块对应的自旋锁6.4模块四：向M传参：1 .功能给内核模块传入参数path,其中path为绝对路径；1） 当path为目录时，显示目录对应的dentrey结构中的相关信息（可打印的信息）；2） 当path为文件时，显示文件对应的indoe结构中的相关信息（可打印的信息）；3） 当路径错误时，有错误提示信息。2、流程图：3、运行结果:hxcfiubuntu:/hxc/

23、hhhhhh$sudotnsnodpath.koc_path=R/tophKcutmntu:-/hxc/hhhhlih$fhxtubutitu：/hxe/hhhhhh$dr*e&9|tail25SB5.45B?95C_pith：/tmp25595.450345Thisisdiretoryt25585.45834825SB5.45B348showTheDentryinformation;25SSS.45B3S22.DentryFlag:104676a25535.4583553,HashTableNumber:7i6605225SB5.45B357,ptrectoryN3me；tfip25SS5.

24、45B360S.UnaeLength:S255SS,458362S.Sh&ftNPimt叩25585.45B304-TVEhoccubuntu:-/hxc/hhhhlih$sudornmodpathhxcubuntu:/hxc/hhhhhh$dnesgItailZ5S85.458348showThe口entryinformation;25SSS.45B3S2Z.DentryFlag:164B76a25535.4583553,HashTableNuhber:756605225SB5.45B357,Directoryn四金；tnp25SSS.45B360S.NnaeLengths25585.458

25、3626.ShortNnaeitflpZ5S35.4583647,TV*：e25662.89131725602.991317Over!252.8913264） 模块使用的主要函数、数据类型和宏(1)主要函数说明1)函数一原型：staticintShowFilelnfo(void)功能：打印文件信息参数：void返回值：int2)函数二原型：staticintShowDirInfo(void)功能：打印目录信息参数：void返回值：int3)函数三原型：staticintopenFile(char*path)功能：打开文件参数：char*path返回值：int4）函数四原型：staticintp

26、aram_init（void）功能：加载模块参数：void返回值：int5）函数五原型：staticvoidparam_exit（void）功能：模块卸载参数：void返回值：void数据类型1）数据类型1名称：file类型：structfile*含义：定义一个文件2）数据类型2名称：inode类型：structinode*含义：定义一个索引结点3）数据类型3名称：dentry类型：structdentry*含义：4）数据类型4名称：path_file类型：staticchar*含义：定义一个字符串存放输入文件名宏:无7测试方法与测试结果7.1 测试方法编号输入用例期望结果1./ls按字典排序

27、，输出当前目录下的所有文件名（不含隐藏义件2./ls-l显示当前目录下的非隐藏文件详细信息按字典排序，并且显示文件总数3./ls-u按最近访问时间排序并输出目录下所启义件名（不含隐藏文件）4./ls-a显示当前目录下所有义件（包括隐藏文件）5./ls-R1递归显示子目录下所有义件6./ls/tmp显示指定路径的文件7.2 测试结果1、 ./lshxcubuntu:*/hxc$./Isl.txtMakefileMakefile-Module*symversUntitledDocument-fftle.chhhhhhIsIs.cmodules.ordermylscnh.ct*ctk。t.modt.

28、mod.ut.o2、 ./ls-l-w5r-sr-xrwxrwrw-rwxrw-”-rw-rw-r-rw-rw-r-hxcubuntu:-rwxrwj(r-x-rw-rw-r-drwxrwxrx-rwxrwxr-x-rwxrw-rw-rrt*rw-r-rw-rw-r-rwxrwrw-rwxrw-rw-rw-rw-T-r*-rw-r*rw-rw-r-rw-rwr-总用量：9白-/hxc$./Is1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc3hxc1hxc1hxc1bxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc1hxc22251253&088gl1564896182041168

29、926034481534435&825203225日日ThuH4yHedMayTueHayWedHayThuMayThu阀3VThuHayThuMayThuHayThuMayNedMayThuHayHedHayNedMayWedHayWed利白vHedMayNedMayia：19：27201617:45:662016&1i56:48201617:45:24201618：19：062Q161S：22：25291&22：34；55201623:23:58261618:11:12201622:32:362&1618：11：42291623：15：O52日1618109:42201617:43:552

30、61617:45:25261617：45：24ZOlfi17：45：25201617：4S：2420161+txtMakefiLleMakefile-Module.SyEversuntitledDoeurwnt-fhhhhhhIsls,cnodules.ordernht.ct.kot,nod.ct+nod.ot.o3、./ls-uhxcgiubuntu:-/hxc$./l5-ufile.chhhhhh15.Cl*txtfUntitledDocument-Isnh.ct.kotweMLcMi-3keftlemadulesorderMajule5ynver5t.mod-at.0rnMakefile

31、-4、./ls-ahxceubuntu：-/hxc$-./Is&aawt+k0.wd4tdiwddCKCFld+t二6cmd.tmperslons1.txtflakefileMakefileModulerS/mversUntitledD&cunent-ffUe.chhhhhhIsnodyleserdeTnhrGJt.kolis_sv_llJmdTt.mod.citmod.ot,05、./ls-RikKC|ubfLmtu:/lutcS-/Is-RHadjjle.3T力曲士r.Ist.eUntitled附cu假日杵Is.ct.koj,txtfftodults.ardert.nadrCH咪ls.et.r*adBqhhhhhhhhxtrfl./,tHp.wrslLoms;t.nodJhhhhhh;MakefileIMthBnoleN&dul”.小小p.ath.epath.kapAth.AMlaC,/titihhi|ihi/,tHp_wr5ions：;p-ath.HDdh