计算机基于Linux的操作系统实验指导书docx.docx
《计算机基于Linux的操作系统实验指导书docx.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机基于Linux的操作系统实验指导书docx.docx（44页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
计算机基于Linux的操作系统实验指导书docx
计算机操作系统课程实验
实验授课计划
序
号
实验项目
学时
要
求
实验类型
实验要求
实验
时间
1
认识Linux系统；Vi编辑器、编译工具gcc的使用
2
必
修
验
证
上机
练习
1-2周
2
进程控制
2
必
修
验
证
运行命令、例
程
并分析结果
3-4周
3
银行家算法的模拟实现
4
必
修
综
合
编程
并运行通过
5-8周
4
Linux内存管理
2
必
修
验
证
运行命令、例
程
并分析结果
9-10周
5
页面置换算法的模拟实现（存储管理）
2
必
修
综
合
编程
并运行通过
11-12周
6
Linux设备管理、
Linux文件管理
4
选
修
验
证
运行命令、例
程
并分析结果
13-14周
实验一：
认识Linux系统
【实验目的】
了解Linux的启动过程；了解Linux文件的组织结构；熟悉XWindow环境;熟练掌握Linux常用命令。
【准备知识】
登录Linux是一个多用户多任务操作系统，多个用户可以拥有自己独立的用户账号
登录提示：
RedHatLinuxrelease6.0（Hedwing）
Kernel2.2.5-15onani686
Login:
此时输入用户户名（账号）并键入回车，则系统显示“passward”。
在输入密码和回车。
登录后：
[root@hawk/root]#
#表示是按root方式登录,$表示是普通用户。
Linux大小写敏感，用加参数
zlinux:
~#Is-F
HowTo/HowToMin/linux@nag/sag/
获取帮助：
Linux带有联机手册，可以用man命令来阅读
Zlinux:
〜$manIs
虚拟终端Linux可有多个用户登录到同一个计算机，但一般微机只有一个终端难以体现。
可以使用多个虚拟终端，用Alt+Fl、Alt+F2等来切换。
退出系统在停止使用系统时，要退出系统。
具体方法：
exit或logout,或Ctrl+D
关机如果没有用户在使用系统，可以关机。
但是不能直接关闭电源，而要按正常顺序关机。
一般用户是不能关机的，只有root用户可以关机。
方法：
可以使用halt或shutdown命令，也可以同时键入Ctrl+Alt+Del。
Windows虚拟机环境：
登录到系统
点击桌面“VMware"图标>VmwareWorkstation窗口>Commands>Startthis
virtualmachine
进入fedora后，用户名：
root
口令：
123456
【实验内容】
（1）熟悉开机、登录、退出、关机步骤。
（2）查看并记录所在机器Linux操作系统目录结构，特别是源代码所在的目录及文件。
（3）常用命令练习
1.注销（退出）系统：
logout或exit
2.练习使用命令Is（注意Linux命令区分大小写。
）
使用Is查看当前目录内容；使用Is查看指定目录内容，如/目录，/etc目录
使用Is-all查看当前目录内容；使用dir查看当前目录内容
3.使用cd改变当前目录
cd..回到上层目录；cd/回到根目录
4.pwd显示当前路径
5・建立目录mkdir
mkdir目录名；mkdir/home/s2001/newdir
6.删除目录：
rmdir；
7.复制文件cp：
如cp文件名1文件名2
8.移动文件或目录:
mv
9.删除文件rm
10.显示文件内容：
more（分页显示）；
11.显示文件：
cat文件名建立文件：
cat＞文件名，ctrl+d结束输入
（4）启动XWINDOW,熟悉窗口界面环境。
实验二：
Vi编辑器、编译工具gcc的使用
【实验目的】
熟练使用Linux的Vi编辑器;掌握Linux编译工具gcc的使用方法。
【准备知识】
设计程序需要一个环境一编辑和编译器oLinux的Vi为一个编辑器,gcc是C的编译器。
由他们实现源文件的的编辑和目标文件的编译执行。
【实验内容】
1.练习使用Linux编辑器Vi,为今后输入源程序做准备。
2.学习并掌握Linux编译工具gcc的使用方法
【实验指导】
使用编辑器vi编辑文件
1.进入linux的文本模式之后，在命令行键入vifilenames然后回车。
下面作一些简单的解释：
首先vi命令是打开vi编辑器。
后面的filenames是用户即将编辑的c文件名字，注意扩展名字是.c；当然，vi编辑器功能很强，可以用它来编辑其它格式的文件,比如汇编文件，其扩展名字是.s；也可以直接用vi打开一个新的未命名的文件，当保存的时候再给它命名，只是这样做不很方便。
2.最基本的命令I：
当进入刚打开的文件时，不能写入信息，这时按一下键盘上的I键
（insert）,插入的意思，就可以进入编辑模式了。
如下图所示：
nain（）｛
2,26-33全部
3.a与i是相同的用法
4,当文件编辑完后，需要保存退出，这时需要经过以下几个步骤：
1）按一下键盘上的
Esc键；2）键入冒号（：
），紧跟在冒号后面是wq（意思是保存并退出）。
如果不想保存退出，则在第二步键入冒号之后，键入！
q（不带w,机尾部保存）。
如下图所示：
nsin（）{
println（*tfc*IIouorId!
*）:
}
5.退出vi编辑器的编辑模式之后，要对刚才编写的程序进行编译。
编译的命令是：
gccfilenames[-ooutputfilename],其中gcc是c的编译器。
参数：
filenames是刚才编辑的c文件（当然也可以是以前编写好的c文件）；后面中括号里面的参数是可选的，它是一个输出文件。
如果不选，默认的输出文件是a.out,选了之后输出文件就是outputfilename,out.
6.最后一步是运行程序，方法如下：
./outputfilename.out
实验三：
进程控制
【实验目的】
（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
（2）进一步认识并发执行的实质。
（3）分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。
【准备知识】
（1）阅读Linux的sched.h源文件，加深对进程管理概念的理解。
（2）阅读Linux的fork,c源文件，分析进程的创建过程。
（3）fork（）函数:
创建一个新进程
intfork（）
其中返回int取值意义如下：
0：
创建子进程，从子进程返回的id值
大于0：
从父进程返回的子进程id值
【实验内容】
（1）进程的创建
编写一段源程序，使系统调用fork。
创建两个子进程，当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。
让每一个进程在屏幕上显示一个字符：
父进程显示字符“a”;子进程分别显示字符“b”和字符“c”。
试观察纪录屏幕上的显示结果，并分析原因。
（2）进程的控制
修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕出现的现象，并分析原因。
【思考】
（1）系统是怎样创建进程的？
（2）可执行文件加载时进行了哪些处理？
（3）当首次调用新创建进程时，其入口在哪里？
【实验指导】
1.进程的创建
〈任务〉
编写一段程序，使用系统调用fork（）创建两个子进程。
当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。
让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”o试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。
〈程序〉
#include
main（）
{
intpl=0,p2=0;
/*了进程创建成功*/
/*子进程创建成功*/
/*父进程执行*/
if（pl=fork（））
putchar（b）;
else
{
if（p2=fork（））
putchar（'c'）;
elseputchar（'a'）;
}
}
〈运行结果〉
bca（有时会出现bac）
分析：
从进程执行并发来看，输出bac,acb等情况都有可能。
原因：
fork（）创建进程所需的时间多于输出一个字符的时间，因此在主进程创建进程2的同时，进程1就输出了“b”,而进程2和主程序的输出次序是有随机性的，所以会出现上述结果。
2.进程的控制
〈任务〉
修改已编写好的程序，将每个程序的输出由单个字符改为一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。
如果在程序中使用系统调用lockf（）来给每个程序加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。
〈程序〉
#include
main（）
{
intpl,p2,i;
if（pl=fork（））
for（i=0;i<500;i++）
printf（nchild%d\n”,i）;
else
{
if（p2=fork（））
for（i=0;i<500;i++）
printf（"son%d\n",i）;
else
for（i=0;i<500;i++）
printf（"daughter%d\n",i）;
〈运行结果〉
child・・・.
son…
daughter***
daughter***
或child
••,son
,,child
••son
•,daughter
分析：
由于函数printf（）输出的字符串之间不会被中断，因此，字符串内部的字符顺序输出时不变。
但是，由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。
这与打印单字符的结果相同。
实验四：
银行家算法的模拟实现
【实验目的】
（1）进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题；
（2）在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，再检测和笔算的一致性。
（3）理解和掌握安全序列、安全性算法。
【实验内容】
（1）正确设置相应的数据结构；
（2）清晰画出算法流程图；
（3）准确实现教材第97-98页例题。
【实验原理】
一、安全状态
指系统能按照某种顺序如（称为〈Pl,P2,Pn>序列为安全序列），为每个
进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成。
二、银行家算法
假设在进程并发执行时进程i提出请求j类资源k个后，表不为Requestsj]=k。
系统按下述步骤进行安全检查：
（1）如果RequestiWNeedi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。
（2）如果RequestAvailable则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。
（3）系统试探着把资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值：
Available[j]:
^Available[j]-Requesti[j];
Allocation[i,j]:
^Allocation[i,j]+Requesti[j];
Need[i,j]:
=Need[i,j]-Requesti[j];
（4）系统执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态。
若安全，才正式将资源分配给进程Pi,以完成本次分配；否则，将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。
三、安全性算法
（1）设置两个向量：
1工作向量Work:
它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有0个元素，在执行安全算法开始时，Work:
^Available:
2Finish:
它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。
开始时先做Finish[i]：
=false;当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i]：
=true。
（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：
1Finish[i]=false;
2Need[i,j]WWork[j]；若找到，执行步骤（3）,否则，执行步骤（4）。
（3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：
>Work[j]:
=Work[i]+A1location[i,j];
>Finish[i]:
=true:
>gotostep2;
（4）如果所有进程的Finish[i]=true都满足，则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。
【实验寸旨导】参考实验步骤如下：
（1）参考图1-1所示流程图编写安全性算法。
图1-1安全性算法流程图
（2）编写统一的输出格式。
每次提出申请之后输出申请成功与否的结果。
如果成功还需要输出变化前后的各种数据，并且输出安全序列。
（3）参考图1-2所示流程图编写银行家算法。
（4）编写主函数来循环调用银行家算法。
【思考题】
（1）在编程中遇到了哪些问题？
你是如何解决的？
（2）在安全性算法中，为什么不用变量Available,而乂定义一个临时变量work?
结束
图1-2银行家算法流程图
实验五：
Linux内存管理
【实验目的】
理解需要动态存储分配的原因；掌握如何进行动态分配。
【准备知识】
分配内存空间所使用的函数调用如下
#include
void*malloc（size_tsize）;
函数用于分配动态内存空间，size表示申请分配的内存空间的大小，以字节记。
释放原先配置的函数
#include
voidfree（void*ptr）;
参数ptr为指向先前由malloc0函数所返回的内存指针。
调用free后ptr所指的内存空间会被收回。
假如参数ptr所指的内存空间已被收回获是未知的内存地址，则调用free可能有无法预料的情况发生。
若参数ptr为NULL则free。
不会有作用。
Read。
函数：
#include
Ssize_tread（intfd,void*buf,size_tcount）;
Read（）会把参数fd所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。
若参数count为0,则read。
不会有作用并返回0。
返回值为实际读到的字节数，如果返回0,表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。
fstat（）函数：
#include
#include
intfstat（intfiledes,structstat*buf）;
函数用来将参数filedes所指的文件状态，复制到参数buf所指的结构中
（structstat）o执行成功则返回0,失败返回T。
【实验内容】
（1）编写程序完成以下功能：
a.申请一块内存空间
b.复制字符串"hello”到分配的内存
c.打印出该字符串及内存地址
d.释放申请的内存空间
（2）编写程序完成以下功能：
在打开文件后，通过fstat（）获得文件长度，然后通过malloc（）系统调用申请响应大小的内存空间，通过read。
将文件内容完全读入该内存空间，并显示出来。
【实验指导】
用malloc申请空间：
#include
#include
#include
#include
intmain（void）
（
char*str;
if（（str=malloc（10））==NULL）
（
printf（"Notenoughmemorytoallocatebuffer\n"）;
exit
（1）;/*terminateprogramifoutofmemory*/
）
/*copy"Hello"intostring*/
strcpy（str,"Hello"）;
/*displaystring7
printf（"Stringis%s\n",str）;
/*freememory*/
free（str）;
return0;
}
显示/etc/passwd文件大小读指定长度空间:
#include
#include
#include
main（）
（
structstatbuf;
char*str;
intfd,fsize;
fd=open（<7etc/passwd,,,0_RDONLY）
fsize=fstat（fd,&buf）;
printf（"/etc/passwdfilesize=%d\n”,buf.st_size）;
if（（str=malloc（fsize））==NULL）
（
printf（"Notenoughmemorytoallocatebuffer\n"）;
exit
（1）;/*terminateprogramifoutofmemory*/
）
if（（bytes=read（fd,str,fsize））==-1）（
printf（"ReadFailedAn"）;
exit
（1）;
）
else（
printf（"Read:
%dbytesreadAn",bytes）;
return0;
实验六：
页面置换算法的模拟实现（存储管理）
【实验目的】
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间o请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
【实验内容】
（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
指令的地址按下述原则生成：
150%的指令是顺序执行的；
250%的指令是均匀分布在前地址部分；
350%的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施方法是：
1在［0,319］的指令之间随即选取一起点m;
2顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；
3在前地址［0,m+1］中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为；
4顺序执行一条指令，其地址为mz+1；
5在后地址［m‘+2,319］中随机选取一条指令并执行；
6重复上述步骤①-⑤，直到执行320次指令。
（2）将指令序列变换为页地址流
设：
①页面大小为旅；
2用户内存容量为4页到32页；
3用户虚存容量为32k„
在用户虚存中，按每k存放10条指令排在虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：
第0条-第9条指令为第0页（对应虚存地址为［0,9］）；
第10条-第19条指令为第一页（对应虚存地址为［10,19］）；
第310条~第319条指令为第31页（对应虚地址为［310,319］）。
按以上方式，用户指令可组成32页。
（3）计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
1先进先出的算法（FIFO）；
2最近最少使用算法（LRR）；
3最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址；
4最少访问页面算法（LFR）；
5最近最不经常使用算法（NUR）o
其中③和④为选择内容。
命中率=1—页面失效次数/页地址流长度
在本实验中，页地址流长度为320,页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对
应的页不在内存的次数。
3、随机数产生办法，Linux或UNIX系统提供函数strand（）和rand。
，分别进行初始化和产生随机数。
例如:
strand（）;
语句可初始化一个随机数；
a[0]=10*rand（）/65535*319+1;
a[l]=10*rand（）/65535*a[0]:
语句可用来产生a[0]与a[l]中的随机数。
【实验指导】
〈任务〉
设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下列算法计算访问命中率.
（1）进先出的算法（FIFO）
（2）最近最少使用的算法（LRU）
（3）最佳淘汰算法（OPT）
（4）最少访问页面算法（LFU）
（5）最近最不经常使用算法（NUR）
命中率=（1一页面失效次数）/页地址流长度
〈程序设计〉
本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。
即首先用srandO和randO函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。
相关定义如下：
1数据结构
（1）页面类型
typedefstruct（
intpn,pfn,counter,time;
}pl-type;
其中pn为页号,pfn为面号，counter为一■个周期内访问该页面的次数，time为访问时间.
（2）页面控制结构
pfc-struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
}
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;
pfc_type*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构，
*freepf_head为空页面头的指针，
*busypf_head为忙页面头的指针，
*busypf_tail为忙页面尾的指针.
2.函数定义
（1）Voidinitialize（）:
初始化函数，给每个相关的页面赋值.
（2）VoidFIFO（）:
计算使用FIFO算法时的命中率.
（3）VoidLRU（）
（4）Void0PT（）
（5）VoidLFU（）
（6）VoidNUR（）
计算使用LRU算法时的命中率.计算使用OPT算法时的命中率.计算使用LFU算法时的命中率.计算使用NUR算法时的命中率.
3.变量定义
（1）inta[total_instruction]:
指令流数据组.
（2）intpage[total_instruction]:
每条指令所属的页号.
（3）intoffset[total_instruction]:
每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.
（4）inttotal_pf:
用户进程的内存页面数.
（5）intdisaffect:
页面失效次数.
4.程序参考源码及结果
〈程序〉
ftincludeftincludeftincludeftdefineTRUE1
ftdefineFALSE0
ftdefineINVALID-1
ftdefineNUL0#definetotal_instruction320/*指令流长*/
ftdefinetotal_vp32/*虚页长*/
#defineclearperiod50/*清零周期*/
typedefstruct（/*页面结构*/
intpn,pf
升级会员 