操作系统课设Word文档格式.docx
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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）
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
4.1.2具体实现
本实验内容是用CodeBlocksIDE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。
在windows操作系统上实现的文件拷贝功能一般使用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.h——Linux系统调用头文件，比如read、write
fcntl.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。
本次实验使用的图形库是跨平台的开发工具Qt。
首先下载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QtWidgetsApplication，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：
4.1.3源代码
（1）文件拷贝源代码
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
string.h>
unistd.h>
fcntl.h>
sys/syscall.h>
errno.h>
#defineSIZE10///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"
intmain（intargc,constchar*argv[]）
{
intsrc,goal;
intread_len;
charbuff[SIZE];
src=open（srcFile,O_RDONLY）;
if（src<
0）
{
printf（"
Failtoopen%s\n."
srcFile）;
exit
（1）;
}
goal=open（goalFile,O_WRONLY|O_CREAT,0666）;
if（goal<
goalFile）;
exit
（1）;
while（（read_len=read（src,buff,SIZE））>
write（goal,buff,read_len）;
close（src）;
close（goal）;
return0;
}
（2）三个并发进程
#主进程MAIN
QCoreApplication>
sys/types.h>
sys/wait.h>
sys/stat.h>
intmain（intargc,char*argv[]）
QCoreApplicationa（argc,argv）;
pid_tp1,p2,p3;
if（（p1=fork（））==0）
execv（"
/home/ilbear/桌面/build-get-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug/get"
NULL）;
else
if（（p2=fork（））==0）
/home/ilbear/桌面/build-copy-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug/copy"
if（（p3=fork（））==0）
/home/ilbear/桌面/build-put-Desktop_Qt_5_4_1_GCC_64bit-Debug/put"
waitpid（p1,NULL,0）;
waitpid（p2,NULL,0）;
waitpid（p3,NULL,0）;
returna.exec（）;
#子进程get
mainwindow.cpp
#include"
mainwindow.h"
ui_mainwindow.h"
QtCore>
time.h>
MainWindow:
:
MainWindow（QWidget*parent）:
QMainWindow（parent）,
ui（newUi:
MainWindow）,sharememory1（"
share1"
）
ui->
setupUi（this）;
setWindowTitle（"
get"
）;
setWindowFlags（Qt:
Dialog）;
move（0,0）;
resize（500,500）;
charstr[128],f_id[128];
sprintf（str,"
%d"
getpid（））;
sprintf（f_id,"
getppid（））;
textBrowser->
setText（"
textBrowser_2->
setText（str）;
textBrowser_3->
setText（f_id）;
QTimer*timer=newQTimer（this）;
connect（timer,SIGNAL（timeout（））,this,SLOT（timerUpDate（）））;
timer->
start
（1）;
~MainWindow（）
deleteui;
voidMainWindow:
timerUpDate（）
QDateTimetime=QDateTime:
currentDateTime（）;
QStringstr=time.toString（"
yyyy-MM-ddhh:
mm:
ssdddd"
labelCurDate->
#子进程copy
）,sharememory2（"
share2"
copy"
move（500,500）;
resize（500,500）;
#子进程put
MainWindow）,sharememory2（"
put"
move（1000,0）;
ui->
4.2实验二
4.2.1实验要求
4.2.2具体实现
（1）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IntelCPU中，由中断INT0x80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。
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
①下载并解压内核
先到Linux官方网站http:
//www.kernel.org/下载内核linux-3.14.36.tar.xz。
打开终端，使用sudosu获取root权限，然后使用cplinux-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-dlinux-3.14.36.tar.xz和tarxvflinux-3.14.36.tar。
②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sudogeditkernel/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sudogeditarch/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317commonmycallsys_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sudogeditinclude/asm-generic/syscalls.h打开syscalls.h，在“#endif/*__ASM_GENERIC_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：
#ifndefsys_mycall
asmlinkageintsys_mycall（char*sourceFile,char*destFile）;
#endif
然后保存退出。
③编译内核
在编译内核之前先要安装ncurses库，使用命令sudoapt-getinstalllibncurses5-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geditmysyscall.sh打开该脚本文件进行编辑。
将以下内容添加到脚本中：
#!
/bin/bash
makemrproper
makemenuconfig
makedep
makeclean
makebzImage–j4
makemodules–j4
makemodules_install–j4
makeinstall–j4
mkinitramfs-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chmod777mysyscall.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。
4.2.3源代码
（1）系统调用程序
asmlinkageintsys_mycall（char*SourceFile,char*GoalFile）
intsource=sys_open（SourceFile,O_RDONLY,0）;
intgoal=sys_open（GoalFile,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600）;
charbuff[4096];
mm_segment_tfs;
fs=get_fs（）;
set_fs（get_ds（））;
inti;
if（source>
0&
&
goal>
do
i=sys_read（source,buff,4096）;
sys_write（goal,buff,i）;
while（i）;
printk（"
Error!
"
sys_close（source）;
sys_close（goal）;
set_fs（fs）;
return10;
（2）测试程序
syscall.h>
intmain（）
syscall（317,"
main.c"
"
yyk.text"
4.3实验三
4.3.1实验要求
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
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