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1、Linux实验指导书 Linux操作系统实 验 指 导 书适用专业：计算机科学与技术江苏科技大学计算机科学与工程学院2008年 12月前 言本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课。通过学习主要使学生掌握操作系统的基本原理，课程以Linux操作系统为例进行讲解，实验也是在Linux操作系统下进行的。为了加深和巩固学生对操作系统实现原理的理解，培养学生熟练运用操作系统进行应用程序设计，本课程设置了7个实验，对操作系统基本操作、程序设计基础、进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、网络管理等方面设置了实验。具体实验项目为：（1） 实验一 熟悉Linux常用命令；（2） 实验二 Linux下程序

2、设计基础；（3） 实验三 Linux下进程间管道通信；（4） 实验四 IPC进程间共享内存通信；（5） 实验五 IPC信号量使用（6） 实验六 Linux内存基本原理（7） 实验七 Linux文件管理实验（8） 实验八 设备驱动程序（9） 实验九 Linux 下socket网络通信。实验一要求熟练Linux下的常用命令，熟练地操作linux。实验二要求掌握vim编辑器，gcc编译器和gdb调试器的使用。实验三要求掌握有名管道和无名管道的使用。实验四要求熟悉共享内存的实现原理，并掌握其使用方法。实验五要求掌握信号量的使用方法。实验六要求掌握内存的操作及内存分配和回收等函数的使用。实验七 要求掌握

3、文件操作函数的使用。实验八要求理解驱动程序的结构，自己编写简单的模块程序。实验九要求理解网络间进程间通信的基本理论，了解客户/服务器模式；掌握socket的结构以及通信的实现方法。实验一 熟悉Linux常用命令实验学时：3学时实验类型：演示 实验要求：必修一.实验目的：1 掌握Linux下各类命令的使用方法；2 熟悉Linux操作环境。二. 实验内容：练习使用Linux常用命令。三. 实验环境：一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四、 实验操作： 虚拟机的安装见附件1 Linux下常用命令见附件2 1) 获得命令帮助分别演示一下help -help

4、 man info 命令的用法； 2) 目录操作命令(1)启动计算机，利用root用户登录到系统，查看提示符，区别#和$提示符。(2)用pwd命令查看当前所在的目录。(3)用ls命令列出此目录下的文件和目录，包括ls -a ;ls -l;ls -R等选项的使用。(4)使用cd 装换目录命令，练习绝对路径和相对路径的使用.(5) 进入/home目录下，创建目录test，进入test目录，在该目录下创建一个文件hello.C,创建一个目录toto,进入toto目录，创建子目录tata,创建文件 test.c.(6)删除创建的hello.c,删除目录toto.(7) 在/root下创建文件hello

5、.c,拷贝该文件到/home/test下（如果test目录不存在自己创建），并命名文件为tt.c。(8)使用cat more less tail head显示文件的内容。 只看/etc/passwd的前5行内容。只看/etc/passwd的后5行内容。(9)管道的使用，cat hello.c | grep hello,在hello.C文件中查找具有字符串hello的行.(10)重定向的使用。符号 发现其不同的用法。(11)压缩命令的使用。创建三个文件 1.Jpg 2.Jpg 3.Jpg， 把三个文件打包tar cvf hello.tar 1.Jpg 2.Jpg 3.jpg 压缩gzip hel

6、lo.tar 将hello.tar拷贝到其他目录下解压缩： gzip -d hello.tar.gz 解包hello.tar tar -xvf hello.tar(12)练习拷贝命令，重命名命令，查找命令的使用(13)熟悉根文件系统下的目录1) 文件操作命令(1) 查找 /etc下的passwd这个文件。(2) 查找/home目录下的所有文件名中有profile的文件，其命令为。(3) 在/home下面创建test目录，在test目录下创建目录a,在a目录下创建目录b，在b目录中创建目录c.在目录c中创建d,用一个命令完成。(4) 创建一个软连接指向/usr/src的源代码，修改源文件，查看连

7、接文件是否改变2) 用户管理与组管理(1) 建立帐号user01,查看/etc/passwd文件有没变化，并设置user01的密码为123456。在查看/etc/shadow文件有无变化。 查看/etc/group文件。 新建一个组，组名为group01,在新建一个用户user02，并指定它的组为group01 把user02的组更改为user01， 删除user01这个用户 删除group01这个组 5）文件的权限属性 查看/etc/passwd的权限，在查看/etc/shadow的权限。 在/home下面新建 afile文件，查看它的权限 新建user02这个帐户， 新建group02这个

8、组， 把afile的权限设置为对用户来说可读可写，对组来说可读，对其他用户来说没有任何权限 把afile文件的所有者更该为user02,所属组更改为group02，五、 思考题：1、如何查看隐含文件列表？2、 如何将一个目录中的所有文件拷贝到另一个目录中，包括这个目录中的隐含文件。3、如何删除一个目录包括其中的所有文件，并且不显示任何提示信息？4、什么是绝对路径？什么是相对路径？如何表示？实验二 Linux下程序设计基础实验学时：3学时实验类型：验证 实验要求：必修一. 实验目的：1 掌握Linux下常用编辑器的使用；2 掌握linux下程序的编译/调试方法。二. 实验内容：练习linux下的

9、 c语言程序设计，熟练使用vim编辑器编辑文件。学会gcc编译器的使用及常用的编译选项。能够使用gdb调试器进行调试程序。三. 实验环境：一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四、实验操作：1. Vi 编辑器的使用1）vi 编辑器的启动在控制台下输入$ vi或$ vi 文件名即可启动vi 编辑器。如果文件是一个新文件，就会在屏幕底部现实一个信息，说明用户正在创建新文件。2）Vi编辑进入插入模式3）Vi的保存与退出（末行模式下常用命令）4）命令模式下常用的命令命令含义x删除光标所指向的当前字符 nx 删除光标所指向的前 n 个字符dd 删除光标所在行，

10、并去除空隙 ndd删除 n 行内容，并去除空隙 小写字母 p将缓冲区的内容粘贴到光标的后面 大写字母 P将缓冲区的内容粘贴到光标的前面 yy 复制当前行到内存缓冲区nyy复制 n 行内容到内存缓冲区 u 撤消前一条命令的结果 练习要求：用vi编辑器编写一段文字，然后用上述命令进行操作，最后保存退出。2.Gcc编译器的使用 1）用vi编辑器编写一个简单hello world程序,命名为hello.c,保存退出。 2）Gcc 编译该hello.c文件，要求生成hello可执行文件，并加入调试信息。 3）运行hello文件，查看实验结果。Gcc下常用的命令选项：-c 选项：告诉gcc仅把源程序编译为

11、目标代码而并不做链接工作生成.o文件-o选项：默认情况下，在gcc没有指定编译选项的情况下会在当前目录生成一个名为a.out的可执行程序。g选项：在可执行文件中输出调试信息，通常是为调试器gdb所用Idir选项：指定库以及头文件搜索路径Ldir选项：指定在目录中需要搜索的库(动态库.so和静态库.a)3.Gdb调试器的使用进入gdb 调试环境Gdb hello 然后用如下命令进行操作：调试基本步骤： Gdb 进入程序调试环境 Break设置断点 Run运行程序 Next 单步运行五、思考题：1 断点是否可以设置多个，自己试试看。如何清除所设的断点？2 如果要调试程序，编译时有何要求？自己写一个

12、完整的程序，该程序主要完成数组排序，按照由小到大顺序排列给定数组的数据。并进行编译、调试，查看运行结果，写出整个步骤。实验三 Linux下进程间管道通信实验学时：4学时实验类型：综合 实验要求：必修一.实验目的：1 掌握Linux下有名管道和无名管道通信的原理；2 掌握Linux下进程创建、撤销的方法。二. 实验内容：（1）编写程序，创建一个进程，通过无名管道实现父子进程之间的通信。（2）创建一个有名管道，实现任意两个进程之间的通信。三. 实验环境：一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四、实验原理1无名管道无名管道只能实现父子进程或具有亲缘关系的进

13、程间的通信，系统调用为： int pipe(int pipe2)，参数是2个元素的int型数组，pipe0是读取管道的文件标识符，pipe1是写入管道的文件标识符。所使用的头文件 #include 。 使用时先建立管道再建立子进程的顺序不能变。若不然，先建立子进程，再建立管道，管道只对建立它的进程可见，对另一个进程是看不见的，因此无法实现父子间的通信。2有名管道有名管道可以实现任意两个进程间的通信，不局限于具有亲缘关系的进程。系统调用为：int mkfifo(const char *path,mode_t mode), path:要使用的命名管道的路径和名字mode指明管道的访问权限(O_RD

14、ONLY,O_WRONLY,O_RDWR)所使用的头文件：#include #include 五、实验参考代码 1.无名管道通信 pipe(pipe_fd) if(pid=fork()=0) close(pipe_fd1); sleep(2); if(r_num=read(pipe_fd0,buf_r,100)0) printf( %d numbers read from the pipe is %sn,r_num,buf_r); close(pipe_fd0); exit(0); else if(pid0) close(pipe_fd0); if(write(pipe_fd1,Hello,5

15、)!=-1) printf(parent write1 success!n); if(write(pipe_fd1, Pipe,5)!=-1) printf(parent write2 success!n); close(pipe_fd1); sleep(3); waitpid(pid,NULL,0); exit(0); 六、 有名管道的创建#define FIFO /tmp/myfifomkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)七、实验要求(1)用无名管道实现父进程和子进程之间的信息传送，父进程发送一段信息，子进程从管道中读出信息并打印。(2)有名管道实现同样的内容，一个进程发送

16、信息，另外一个进程把信息读出并打印显示。实验要求写好预习报告。实验结束时，要写好实验报告，包括实验的源代码以及实验结果图。八、思考题1为什么无名管道只能在具有亲缘关系的进程间通信。2管道与文件有什么样的区别。实验四 IPC进程间共享内存通信实验学时：4学时实验类型：综合 实验要求：必修一. 实验目的：1 掌握Linux下进程间使用共享内存进行通信的基本原理；2掌握共享内存的使用方法。二. 实验内容：1创建一块共享内存，然后使用该共享内存实现两个进程之间的通信。三. 实验环境：一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四实验原理1Linux采用内存映射技术

17、把共享内存区域映射到有关进程的虚拟内存空间，使他成为进程虚拟内存的一部分，从而进程可以对这部分虚拟内存区域进行读写。错误！未找到引用源。对共享内存的基本操作包括： 进程与共享内存的结合;共享内存映射到进程虚拟区域的过程 进程与虚拟内存的分离;当使用共享内存完成数据交换后需要释放相关的虚拟内存区域，即脱离与共享内存的的联系。 主要系统调用(1) int shmget(key_t key,int size,int shmflg)/创建共享内存(2) shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf)/共享内存的控制(3) int shmat(int shm

18、id,char*shmaddr,int shmflg) /共享内存映射到进程虚拟区域(4) int shmdt(char*shmaddr)/进程与虚拟内存的分离 参考程序段：shmid = shmget(KEY,SIZE,IPC_CREAT|0600); /* 建立共享内存*/if(shmid = -1)printf(create share memory failed: %s,strerror(errno);return 0;if(fork() = 0) /* 子进程*/* 系统自动选择一个地址连接*/shmaddr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);if(shma

19、ddr = (void *)-1)printf(connect to the share memory failed: %s,strerror(errno);return 0;strcpy(shmaddr,hello, this is child process!n);shmdt(shmaddr); /* detach共享内存*/return 0;else /* 父进程*/sleep(3); /* 等待子进程执行完毕*/shmctl(shmid,IPC_STAT,&buf); /* 取得共享内存的相关信息*/printf( size of the share memory: );printf(

20、shm_segsz = %d bytes n,buf.shm_segsz);printf( process id of the creator: );printf(shm_cpid = %d n,buf.shm_cpid);printf( process id of the last operator: );printf(shm_lpid = %d n,buf.shm_lpid);/* 系统自动选择一个地址连接*/shmaddr = (char *)shmat(shmid,NULL,0);if(shmaddr = (void *)-1)printf(connect the share memo

21、ry failed: %s,strerror(errno);return 0;printf(print the content of the share memory: );printf(%s n,shmaddr);shmdt(shmaddr); /* detach共享内存*/ 五、实验要求 (1)用共享内存实现2个进程之间的通信，一个进程向共享内存发送一段信息，另外一个进程读共享内存并把信息打印显示。 (2)要求写好预习报告。实验结束时，要写好实验报告，包括实验的源代码以及实验结果图。六思考题1共享内存通信相比其它通信方式有没有优势？ 实验五 IPC信号量使用实验学时：4学时实验类型：综合

22、实验要求：必修一、实验目的： 1学习在LINUX 下信号量的使用方法。 2学习使用信号量实现进程间互斥操作的原理。二.实验内容：在PC机上编写程序，实现2个进程间的互斥操作。三.实验环境：一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四、实验原理信号量机制用于进程同步与互斥。某种资源的信号量代表该资源的数量，可以限制一种资源同时被多少个地方访问。一个进程如果申请信号量失败，说明那个资源在其他地方被使用，需要等待，于是这个进程会被挂起，等资源释放了再继续。(1)在Linux下使用信号量的步骤：1) 创建信号量集合2) 初始化信号量的个数，即设置每种信号量有多少

23、个。3) 申请获得某个信号量4) 释放以获得的某个信号量(2)系统调用1) 创建信号量集合：int semget(key_t key, int nsems, int flag)a) key是用来生成信号量标识的整数，使用IPC_PRIVATE可以由系统自动选择。b) nsems是信号量集合中有多少种信号量。创建两种信号量并不需要调用这个函数两次，只要设置nsems就可以一次创建多种信号量。c) flag是信号量访问权限，用S_IRWXU设为可读写2) 初始化信号量个数：int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg)a) s

24、emid是信号量集合标识，由semget()产生b) semnum用来指定要访问信号量集合中的哪个信号量，第一个信号量编号为0，其余递增。c) cmd是执行的操作，有很多种，这里用SETVAL，设置信号量个数。d) arg是输入信息，新的信号量个数写在里面。arg是一个需要自己定义的联合体，结构如下：union semun int val; /要把信号量设置为多少 struct semid_ds *buf; /一个系统定义的结构体，本例中不用理会 ushort *array; /用于一次设置多个信号量，本例不用理会3)申请获得某个信号量：int semop(int semid, struct

25、sembuf semoparray, size_t nops)a) semid是信号量集合标识，由semget()产生b) semoparray是一个结构体数组，由这个数组指定要操作那个信号量，是申请还是释放，申请多少或释放多少，如果申请不到的话是略过还是等待。sembuf结构体定义如下：struct sembuf ushort sem_num; /选择要操作集合中的哪个信号量，编号从0开始 short sem_op; /+n表示归还n个信号量，-n表示申请n个信号量 short sem_flg; /失败处理，IPC_NOWAIT表示略过，SEM_UNDO表示等待c) nops指定取semop

26、array中前多少个数据来进行操作。4)释放某个信号量：int semop(int semid, struct sembuf semoparray, size_t nops)。和申请相同，不过在结构体的sem_op中指定正数。(3)主要头文件(4)参考代码union semun int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; arg;int sem_creat(key_t key) union semun sem; int semid; sem.val = 0; semid = semget(key,1,IPC_CREAT|0666)

27、; if (-1 = semid) printf(create semaphore errorn); exit(-1); semctl(semid,0,SETVAL,sem); return semid;void del_sem(int semid) union semun sem; sem.val = 0; semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);/pint p(int semid) struct sembuf sops=0,+1,IPC_NOWAIT; return (semop(semid,&sops,1);/vint v(int semid) struct sembu

28、f sops=0,-1,IPC_NOWAIT; return (semop(semid,&sops,1);int main() 五、实验要求自己写一个程序，练习信号量的使用。六、思考题1、信号量实现进程间互斥的原理是什么？实验六 linux内存基本原理实验学时：4学时实验类型：综合 实验要求：必修一、实验目的掌握Linux环境下对内存管理的基本操作，感性认识Linux如何对内存进行管理。二、实验内容1.练习linux环境下对内存管理常用的操作2.掌握基本内存操作的系统调用的使用三、实验环境一台已经安装好Linux操作系统的主机/或安装过vmware的windows系统。四、实验步骤 1.显示内存信息1)在命令行使用“Free”命令监控内存使用情况，并解释输出结果代表的含义命令： 结果：分析结果：2)每5秒以字节为单位来显示内存的使用情况；命令： 结果：3)显示交换区的使用状况：命令： 结果：4)监视虚拟内存使用情况命令： 结果：分析结果： 2. Linux下交换文档的创建和使用预备知识：Linux的交换文档相当于Windows的虚拟内存，但是Linux能够使用整个分区做为交换空间，也能够像Windows相同使用单个的文档做虚拟内存。Linux支持虚拟内存, 就是使用磁盘作为RAM的扩展，使可用内存相应地有