操作系统课设.docx

1、操作系统课设课 程 设 计 报 告课程名称： 计算机操作系统专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 报告日期： 计算机科学与技术学院1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；2实验环境本次课程设计采用的操作系统环境是windows8、Ubuntu双系统，Ubuntu系统版本号为14.04，内核版本号为linux 3.13.0；采用的编程环境为CodeBlocks IDE和QtCreator。3实验内容3.1实验一掌握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。（1）编写一个C程序，其内容为

2、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（GTK/Qt）。3.2实验二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。3.3实验三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）3.4实验四（选做）了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法（1）了解/proc文件的特点和使用方法；（2）监控系统状态，显示系统中若干部件使用状态；（3）用图形界面实现系统监控状态；3.5实验五（选做

3、）设计并实现一个模拟的文件系统。多用户的多级目录的文件系统设计。多用户、多级目录、login（用户登录）、系统初始化（建文件卷，提供登录模块）、文件的创建、文件的打开、文件的读写、文件关闭、删除文件、创建目录（建立子目录）、改变当前目录、列出文件目录、退出。4设计与实现4.1实验一4.1.1实验要求掌握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。4.1.2具体实现本实验内容是用CodeBlocks IDE实现的，该软件整合了函数库和编译器，因此使用起来非常方便。（1）编写一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能。在windows操作系统上实现的文件拷贝功能

4、一般使用fopen、fread、fwrite三个来自标准C函数库的函数执行对文件的打开、读、写操作，而本次实验要求使用Linux系统的系统调用open、read、write实现上述三个操作。用到的主要头文件如下：stdio.h标准输入输出头文件string.h字符串处理相关头文件unistd.hLinux系统调用头文件，比如read、writefcntl.h包含open系统调用errno.h包含一些调试错误时用到的变量具体实现思路：打开两个文件（分别是源文件和目标文件，可以是任意字符流形式存储的文件，包括文本文件、照片等），调用read函数读取源文件的内容，将read的返回值作为while循环

5、的判断条件，当返回值大于0（即还未读取完毕源文件中的内容）时，调用write执行向目标文件写的操作，否则跳出循环，表示源文件已经被拷贝到目标文件，然后调用close关闭源文件和目标文件。代码编写完成后，在CodeBlocks上编译运行即可。程序运行之前，桌面上只有“教程.docx”，运行之后，桌面上新建了“教程副本.docx”，并且“教程.docx”中的内容被复制到了“教程副本.docx”，程序运行结果如下所示：详细代码见4.1.3。（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（GTK/Qt）。本次实验使用的图形库是跨平台的开发工具Qt。首先

6、下载Qt的安装包并安装。Qt安装完之后，先新建一个Qt控制台应用MAIN作为主进程，用于调用三个并发的子进程。在主进程的main函数中，使用fork创建三个子进程，若进程创建成功（即fork函数返回值等于0），则使用execv函数进入对应的子进程（get、copy、put）。主进程程序编写完成后，再新建三个Qt Widgets Application，分别作为三个子进程get、copy、put（所实现的功能并不是拷贝）。由于三个子进程窗口显示的内容形式一模一样，所以以子进程get为例。get进程的窗口显示了一下四个内容：当前时间、子进程名称、子进程的pid和父进程MAIN的pid。用Qt的对象

7、QDateTime获取系统当前时间，然后将时间转换成一个字符串写在一个QLabel类的实例中，然后将该实例添加至窗口；直接把当前进程名称写在一个标签上然后添加至窗口；使用getpid和getppid函数分别获取当前进程号和父进程号，然后调用sprintf把进程号转换成字符串类型之后写在标签上并添加至窗口即可。主进程和三个子进程的程序全部编写完后，直接在Qt上编译运行。程序运行结果如下所示：详细代码见4.1.3。4.1.3源代码（1）文件拷贝源代码#include #include #include #include #include #include #include #define SIZE

8、 10 /每次读取的字符数目char * srcFile=/home/ilbear/桌面/教程.docx;char *goalFile=/home/ilbear/桌面/教程副本.docx;int main(int argc, const char *argv) int src, goal; int read_len; char buffSIZE; src=open(srcFile,O_RDONLY); if(src0) printf(Fail to open %sn.,srcFile); exit(1); goal=open(goalFile,O_WRONLY|O_CREAT,0666); i

9、f(goal0) write(goal,buff,read_len); close(src); close(goal); return 0;（2）三个并发进程#主进程MAIN#include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv) QCoreApplication a(argc, argv); pid_t p1,p2,p3; if(p1=fork()=0) execv(/home/ilbear/桌面/build-get-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug

10、/get,NULL); else if(p2=fork()=0) execv(/home/ilbear/桌面/build-copy-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug/copy,NULL); else if( p3=fork()=0) execv(/home/ilbear/桌面/build-put-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug/put,NULL); waitpid(p1,NULL,0); waitpid(p2,NULL,0); waitpid(p3,NULL,0); return a.exec();#子进程getmainwind

11、ow.cpp#include mainwindow.h#include ui_mainwindow.h#include #include #include #include MainWindow:MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent), ui(new Ui:MainWindow),sharememory1(share1) ui-setupUi(this); setWindowTitle(get); setWindowFlags(Qt:Dialog); move(0,0); resize(500,500); char str128,f_

12、id128; sprintf(str,%d,getpid(); sprintf(f_id,%d,getppid(); ui-textBrowser-setText(get); ui-textBrowser_2-setText(str); ui-textBrowser_3-setText(f_id); QTimer *timer = new QTimer(this); connect(timer, SIGNAL(timeout(), this, SLOT(timerUpDate(); timer-start(1);MainWindow:MainWindow() delete ui;void Ma

13、inWindow:timerUpDate() QDateTime time = QDateTime:currentDateTime(); QString str = time.toString(yyyy-MM-dd hh:mm:ss dddd); ui-labelCurDate-setText(str);#子进程copymainwindow.cpp#include mainwindow.h#include ui_mainwindow.h#include #include #include #include MainWindow:MainWindow(QWidget *parent) : QMa

14、inWindow(parent), ui(new Ui:MainWindow),sharememory1(share1),sharememory2(share2) char str128,f_id128; ui-setupUi(this); setWindowTitle(copy); setWindowFlags(Qt:Dialog); move(500,500); resize(500,500); sprintf(str,%d,getpid(); sprintf(f_id,%d,getppid(); ui-textBrowser-setText(copy); ui-textBrowser_2

15、-setText(str); ui-textBrowser_3-setText(f_id); QTimer *timer = new QTimer(this); connect(timer, SIGNAL(timeout(), this, SLOT(timerUpDate(); timer-start(1);MainWindow:MainWindow() delete ui;void MainWindow:timerUpDate() QDateTime time = QDateTime:currentDateTime(); QString str = time.toString(yyyy-MM

16、-dd hh:mm:ss dddd); ui-labelCurDate-setText(str);#子进程putmainwindow.cpp#include mainwindow.h#include ui_mainwindow.h#include #include #include #include MainWindow:MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent), ui(new Ui:MainWindow),sharememory2(share2) char str128,f_id128; ui-setupUi(this); setWi

17、ndowTitle(put); setWindowFlags(Qt:Dialog); move(1000,0); resize(500,500); sprintf(str,%d,getpid(); sprintf(f_id,%d,getppid(); ui-textBrowser-setText(put); ui-textBrowser_2-setText(str); ui-textBrowser_3-setText(f_id); QTimer *timer = new QTimer(this); connect(timer, SIGNAL(timeout(), this, SLOT(time

18、rUpDate(); timer-start(1);MainWindow:MainWindow() delete ui;void MainWindow:timerUpDate() QDateTime time = QDateTime:currentDateTime(); QString str = time.toString(yyyy-MM-dd hh:mm:ss dddd); ui-labelCurDate-setText(str);4.2实验二4.2.1实验要求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。4.2.2具体实现（1）

19、系统调用的原理用户进程不能访问内核所占内存空间，也不能调用内核函数。进程调用一个特殊的指令，这个指令会跳到一个事先定义的内核中的一个位置。在Intel CPU中，由中断INT 0x80实现。 (与DOS功能调用int0x21很相似)跳转到的内核位置叫做sysem_call。检查系统调用号，这个号码代表进程请求哪种服务。然后，它查看系统调用表(sys_call_table)找到所调用的内核函数入口地址。接着，就调用函数，等返回后，做一些系统检查，最后返回到进程（如果这个进程时间用尽，就返回到其他进程）。（2）编写新的系统调用程序新的系统调用程序实现的功能是：将一个文件中的内容拷贝到另一个文件中。

20、这个系统调用的参数是两个char*型的字符指针SourceFile、GoalFile，分别表示源文件和目标文件的路径名。用户进程中的open、read、write、close函数此时对应内核函数 sys_open、 sys_read、 sys_write、 sys_close函数。循环拷贝的判断条件还是 sys_read的返回值，当其大于0的时候执行循环，否则表示源文件已拷贝到了目标文件。 mm_segment_t类型的变量fs的作用是在读写文件前得到当前fs，避免使用的缓冲区超过了用户空间的地址范围而报错。详细代码见4.2.3。（3）编译内核下载并解压内核先到Linux官方网站http:/w

21、ww.kernel.org/下载内核linux-3.14.36.tar.xz。打开终端，使用sudo su获取root权限，然后使用cp linux-3.14.36.tar.xz /usr/src命令将linux-3.14.36.tar.xz复制到文件夹/usr/src下，复制完毕之后将其解压，用到的命令为：xz -d linux-3.14.36.tar.xz和tar xvf linux-3.14.36.tar。修改内核新的内核解压完毕后，使用 cd /usr/src/linux-3.14.36命令进入目录 /usr/src/linux-3.14.36。然后使用命令sudo gedit ker

22、nel/sys.c打开sys.c，将新的系统调用程序复制到该文件的文件末尾，保存退出，系统调用程序详细代码见4.2.3。使用命令sudo gedit arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl 打开 syscall_64.tbl添加系统调用号。在该文件中添加一行内容317 common mycall sys_mycall，其中系统调用号317不是固定的，只要该文件中没有出现的数字都可以使用。添加之后保存退出。使用命令sudo gedit include/asm-generic/syscalls.h打开syscalls.h，在“#endif /* _ASM_GENERIC_

23、SYSCALLS_H */ 这一行的上面一行添加新的系统调用程序的函数定义，即：#ifndef sys_mycallasmlinkage int sys_mycall(char* sourceFile,char* destFile);#endif然后保存退出。编译内核在编译内核之前先要安装ncurses库，使用命令sudo apt-get install libncurses5-dev安装。安装完毕后，进入 /usr/src/linux-3.14.36目录下，新建一个脚本文件mysyscall.sh，通过命令gedit mysyscall.sh打开该脚本文件进行编辑。将以下内容添加到脚本中：#

24、!/bin/bashmake mrproper make menuconfig make depmake clean make bzImage j4make modules j4make modules_install j4make install j4mkinitramfs -o /boot/initrd.img-3.14.34 update-grub reboot保存退出，然后修改脚本文件的权限，使其可以对内核文件进行操作，修改权限的命令为chmod 777 mysyscall.sh。权限修改成功后，在终端中运行该脚本文件./mysyscall.sh，内核开始编译，期间会出现配置linux

25、过程，直接先save，然后OK，再exit即可，继续等待编译结束。编译完成后，电脑会自动重启，重启选择进入Ubuntu高级选项，在选项列表中选择新内核linux-3.14.36进入，打开终端输入uname -a查看系统版本号，执行情况如下所示：说明已经成功进入新的内核linux-3.14.36中。（4）编写系统调用测试程序需要用到的头文件是syscall.h、unistd.h、stdlib.h。在main函数中直接调用头文件syscall.h中定义的函数syscall，该函数有三个参数，第一个参数是系统调用号（317），第二个参数是源文件（main.c，即测试程序的源代码文件），第三个参数是目

26、标文件（yyk.text）。程序运行结果为：在main.c所在目录下新建了一个yyk.text文件，并将main.c中的代码拷贝到了yyk.text中。详细代码见4.2.3。4.2.3源代码（1）系统调用程序asmlinkage int sys_mycall(char* SourceFile,char* GoalFile) int source=sys_open(SourceFile,O_RDONLY,0); int goal=sys_open(GoalFile,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600); char buff4096; mm_segment_t fs; fs

27、 = get_fs(); set_fs(get_ds(); int i; if(source0 & goal0) do i=sys_read(source,buff,4096); sys_write(goal,buff,i); while(i); else printk(Error!); sys_close(source); sys_close(goal); set_fs(fs); return 10;（2）测试程序#include #include #include int main() syscall(317,main.c,yyk.text); return 0;4.3实验三4.3.1实验

28、要求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）4.3.2具体实现（1）Linux核心是一种monolithic类型的内核，即单一的大核心，另外一种形式是MicroKernel，核心的所有功能部件都被拆成独立部分， 这些部分之间通过严格的通讯机制进行联系。Linux内核是一个整体结构，因此向内核添加任何东西.或者删除某些功能，都十分困难 。为了解决这个问题，引入了模块机制，从而可以动态的在内核中添加或者删除模块。模块一旦被插入内核，就和内核其他部分一样。Linux内核中的设备驱动程序是一组常驻内存的具有特权的共享库，是低级硬件处理例程。对用户程序而言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节， 对各种不同设备提供了一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊的设备文 件，用户程序可以像对其它文件一样对此设备文件进行操作。Linux支持3种设备：字符设备、块设备和网络设备。设备由一个主设备号和一个次设备号标识。主设备号唯一标识了设备类型， 即设备驱动程序类型，它是块设备表或字符设备表中设备表项的索引。次设备号仅由设备驱动程序解释 ，一般用于识别在若干可能的硬件设备中，I/O请求所涉及到的那个设备。典型的Linux模块实现机制有如下几步：注册设备：在系统初启或者加载模块的时候，必须将设备登记到相应的设备数组，并返回主