Linux实验指导书.docx
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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--helpmaninfo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.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catmorelesstailhead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，cathello.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.Jpg2.Jpg3.Jpg，
把三个文件打包tarcvfhello.tar1.Jpg2.Jpg3.jpg
压缩gziphello.tar
将hello.tar拷贝到其他目录下解压缩：
gzip-dhello.tar.gz
解包hello.tar
tar-xvfhello.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，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helloworld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
Gdbhello
然后用如下命令进行操作：
调试基本步骤：
✧Gdb<可执行文件名>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程间的通信，系统调用为：
intpipe（intpipe[2]），参数是2个元素的int型数组，pipe[0]是读取管道的文件标识符，pipe[1]是写入管道的文件标识符。
所使用的头文件#include。
Ø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：
intmkfifo（constchar*path,mode_tmode）,
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_RDONLY,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_fd[1]）;
sleep
（2）;
if（（r_num=read（pipe_fd[0],buf_r,100））>0）{
printf（"%dnumbersreadfromthepipeis%s\n",r_num,buf_r）;
}
close（pipe_fd[0]）;
exit（0）;
}
elseif（pid>0）
{
close（pipe_fd[0]）;
if（write（pipe_fd[1],"Hello",5）!
=-1）
printf（"parentwrite1success!
\n"）;
if（write（pipe_fd[1],"Pipe",5）!
=-1）
printf（"parentwrite2success!
\n"）;
close（pipe_fd[1]）;
sleep（3）;
waitpid（pid,NULL,0）;
exit（0）;
}
六、有名管道的创建
#defineFIFO"/tmp/myfifo"
mkfifo（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
1．Linux采用内存映射技术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：
Ø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
Ø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。
Ø主要系统调用
（1）intshmget（key_tkey,intsize,intshmflg）//创建共享内存
（2）shmctl（intshmid,intcmd,structshmid_ds*buf）//共享内存的控制
（3）intshmat（intshmid,char*shmaddr,intshmflg）//共享内存映射到进程虚拟区域
（4）intshmdt（char*shmaddr）//进程与虚拟内存的分离
Ø参考程序段：
shmid=shmget（KEY,SIZE,IPC_CREAT|0600）;/*建立共享内存*/
if（shmid==-1）{
printf（"createsharememoryfailed:
%s",strerror（errno））;
return0;
}
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（shmaddr==（void*）-1）{
printf（"connecttothesharememoryfailed:
%s",strerror（errno））;
return0;
}
strcpy（shmaddr,"hello,thisischildprocess!
\n"）;
shmdt（shmaddr）;/*detach共享内存*/
return0;
}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（"sizeofthesharememory:
"）;
printf（"shm_segsz=%dbytes\n",buf.shm_segsz）;
printf（"processidofthecreator:
"）;
printf（"shm_cpid=%d\n",buf.shm_cpid）;
printf（"processidofthelastoperator:
"）;
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（"connectthesharememoryfailed:
%s",strerror（errno））;
return0;
}
printf（"printthecontentofthesharememory:
"）;
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
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：
intsemget（key_tkey,intnsems,intflag）
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：
intsemctl（intsemid,intsemnum,intcmd,unionsemunarg）
a）semid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：
unionsemun
{
intval;//要把信号量设置为多少
structsemid_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：
intsemop（intsemid,structsembufsemoparray[],size_tnops）
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：
structsembuf{
ushortsem_num;//选择要操作集合中的哪个信号量，编号从0开始
shortsem_op;//+n表示归还n个信号量，-n表示申请n个信号量
shortsem_flg;//失败处理，IPC_NOWAIT表示略过，SEM_UNDO表示等待
}
c）nops指定取semoparray[]中前多少个数据来进行操作。
4）释放某个信号量：
intsemop（intsemid,structsembufsemoparray[],size_tnops）。
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
unionsemun{
intval;
structsemid_ds*buf;
unsignedshort*array;
}arg;
intsem_creat（key_tkey）
{
unionsemunsem;
intsemid;
sem.val=0;
semid=semget（key,1,IPC_CREAT|0666）;
if（-1==semid）{
printf（"createsemaphoreerror\n"）;
exit（-1）;
}
semctl（semid,0,SETVAL,sem）;
returnsemid;
}
voiddel_sem（intsemid）
{
unionsemunsem;
sem.val=0;
semctl（semid,0,IPC_RMID,sem）;
}
//p
intp（intsemid）
{
structsembufsops={0,+1,IPC_NOWAIT};
return（semop（semid,&sops,1））;
}
//v
intv（intsemid）
{
structsembufsops={0,-1,IPC_NOWAIT};
return（semop（semid,&sops,1））;
}
intmain（）
{
}
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
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