1、操作系統課程設計實驗報告姓 名： 劉 蕩 學 號： xxxxx 專 業：計算機科學與技術 班 級： xxxxxx 指導教師： xxxxx 完成日期： 2012年4月23日目 錄一、設計目的 .3 二、設計內容.3三、設計過程與調試記錄.3實驗1 熟悉Linux下C編程環境.3程序設計思路.3調試結果.4實驗小結.4實驗2 掌握添加系統調用的方法.5程序設計思路.5具體步驟.5調試結果.6實驗小結.7實驗3 掌握添加設備驅動程序的方法.7程序設計思路.7具體步驟.8調試結果.9實驗小結.11實驗4 理解和分析/proc文件.11實驗過程.11程序設計思路.11實驗小結.17四、驗收.17五、源代

2、碼說明.18六、實驗心得與體會.19一.設計目的（1）掌握Linux操作系統的使用方法;（2）了解Linux系統內核代碼結構；（3）掌握實例操作系統的實現方法。二.設計內容1.熟悉和理解Linux編程環境。編寫一個C程序，使用Linux下的圖形庫，分窗口顯示三個并發進程的運行結果。2.掌握添加系統調用的方法。（1）采用編譯內核的方法，添加一個新的系統調用，實現文件拷貝功能；（2）編寫一個應用程序，測試新加的系統調用。3.掌握添加設備驅動程序的方法。（1）采用模塊方法，添加一個新的設備驅動程序；（2）編寫一個應用程序，測試添加的驅動程序。4.理解和分析/proc文件。（1）了解/proc文件的特

3、點和使用方法；（2）監控系統狀態，顯示系統部件的使用情況；（3）用圖形界面顯示系統監控狀態。5.文件系統（選做）。設計、實現一個模擬的文件系統。三.設計過程與調試記錄實驗1、熟悉和理解Linux編程環境。編寫一個C程序，使用Linux下的圖形庫，分窗口顯示三個并發進程的運行結果。程序設計思路首先創建3個顯示窗口的函數（win1.c，win2.c，win3.c），分別編譯鏈接，得到3個可執行程序（win1.exe，win2.exe，win3.exe分別顯示一個小窗口）。然后，再創建一個主函數（main.c），在main.c中，先由main(函數產生父進程，父進程fork(兩次創建兩個子進程，即可

4、得到3個并發執行的進程（這部分上學期我們已經做了實驗）。最后，分別在每個進程中通過execv(調用win1.exe，win2.exe和win3.exe。另外，由于編譯鏈接次數比較多，可以編寫makefile文件，以簡化輸入過程。Makefile文件內容如下：win1:gcc -o win1.exe win1.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0 win2:gcc -o win2.exe win2.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0win3:gcc -o win3.exe win3.c pkg-config -cflags -

5、libs gtk+-2.0wmain: gcc -o wmain.exe wmain.cclear: rm ./*.exe 調試結果實驗小結因為上學期，我們已經做了進程并發和execv函數調用的實驗，在此基礎上，只需要再利用GTK編寫簡單的窗口即可，所以本次實驗很簡單。另外，要注意，用gcc編譯GTK程序，pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0不能省！實驗2、掌握添加系統調用的方法。采用編譯內核的方法，添加一個新的系統調用，實現文件拷貝功能；編寫一個應用程序，測試新加的系統調用。程序設計思路關于文件拷貝，若是應用程序級的文件拷貝，我們首先需要利用C標準文件函數ope

6、n(來進行對COPY源文件和目的文件的打開操作（如果目的文件并不存在就新建之），同時返回文件的指針；然后利用文件指針讀取文件，判斷是否到達源文件的末尾，否則就逐個字符地從源文件讀取字符，并寫入目的文件；拷貝完成之后，再利用close(函數關閉源和目的文件。但本實驗要實現系統調用級的文件拷貝，就不能使用C標準函數和頭文件，需要將open(和close(分別換成要寫成系統調用形式的sys_open(和sys_close(。至此，實現系統調用級的文件拷貝的源代碼就完成了。關于測試程序，首先需要將包含新系統調用的同文件/usr/src/linux-3.2.13/arch/x86/include/asm

7、/unistd_32.h和sys/syscall.h包含進來，再利用函數syscall(調用號，源文件名，目的文件名測試。具體實現步驟下載最新版的內核源碼linux-3.2.13 ，并將其復制到/usr/src/下。由于還需要將新增加了系統調用添加到新內核中，必然要涉及到一系列系統文件的修改，以及對新內核進行編譯。具體操作步驟如下：步驟_1 添加源代碼。即需要添加新增系統調用的處理函數，該函數的名稱應該是新的系統調用名稱前面加上sys_標志，同時函數原型前需要加上asmlinkage。將mycopy.c中的內容添加到/usr/src/linux-2.4.20-8/kernel/sys.c文件末

8、尾。步驟_2 連接新的系統調用。添加新的系統調用后，下一個任務是使Linux內核的其余部分知道該程序的存在。為了從已有的內核程序中增加到新的函數的連接，需要修改兩個文件。1 修改文件/usr/src/linux-3.2.13/arch/x86/include/asm/unistd_32.h,該文件中包含了系統調用清單，用來給每個系統調用分配一個唯一的號碼。應該將新的系統調用名稱加到清單的最后，并給它分配號碼序列中下一個可用的系統調用號。我們的系統調用如下： #define _NR_process_vm_readv 347#define _NR_process_vm_writev 348#ifd

9、ef _KERNEL_#define NR_syscalls 349最后一行說明內核自身的系統調用號已經使用到了348，共有349個（從0開始）。我們將新添加的系統調用應該加到最后，并修改系統調用總數。修改如下：#define _NR_process_vm_readv 347#define _NR_process_vm_writev 348#define _NR_mycopy 349 /*這是我們自己添加的系統調用*/#ifdef _KERNEL_#define NR_syscalls 350 2 修改文件/usr/src/linux-3.2.13/arch/x86/kernel/syscal

10、l_table_32.S,該文件用來對sys_call_table數組進行初始化，該數組包含指向內核中每個系統調用的指針，所以也需要在該數組中增加了新的內核函數的指針。即在該文件末尾添加一行“.long sys_mycopy”。步驟_3 以root身份進入/usr/src/linux-3.2.13 目錄，重建Linux內核。用make mrproper命令用來清除舊的配置等文件，避免編譯內核時生成的文件不一致；用基于文本的菜單形式make menuconfig配置內核，只需進入后按下鍵一直到最下面，選中 save-回車即可；3 用make編譯內核(為加快編譯速度，也可用make -j4；4 用

11、make modules_install生成并安裝模塊；make install 安裝新內核；update-grub自動更新啟動項文件（或者手動修改grub.cfg）。灰步驟_4 重啟內核.重啟后，發現新增了“Linux Mint 11, 3.2.13”選項，（原來只有Linux Mint 11, 2.6.38-8-generic ），說明新內核重建成功。然后選擇進入新的內核。步驟_5 測試新的系統調用。用 gcc test_cp.c，然后運行。調試結果先使用uname r查看當前內核版本號，3.2.13是新核。然后編譯測試程序：查看1.c和2.c文件中的內容：兔實驗小結本次實驗，主要讓我們掌

12、握了如何在Linux下增加新的系統調用。其中遇到的最大的問題是，我用make命令編譯內核時，當編譯到新增系統調用時，卻總是報段錯誤，通過在網上查找資料得知，才知道系統調用時，需要現將用戶態下的文件內容拷貝到核態下，再由核態拷貝回用戶態下，這其中涉及到段的操作，于是在系統調用函數中加入了段操作的語句，即在打開文件之前添加mm_segment_t fs;fs = get_fs(;set_fs(get_ds(；對段操作初始化。在關閉文件之后添加set_fs(fs;修改后，重新編譯內核，終于編譯成功。實驗3、掌握添加設備驅動程序的方法。采用模塊方法，添加一個新的設備驅動程序；編寫一個應用程序，測試添加

13、的驅動程序。程序設計思路(1設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節,這樣在應用程序看來,硬件設備只是一個設備文件, 應用程序可以象操作普通文件一樣對硬件設備進行操作. 用戶進程利用系統調用在對設備文件進行各種文件操作時（read,write,open,release等），系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然后讀取這個數據結構的相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。(2一個典型的驅動程序,大體上可以分為這么幾個部分: 注冊設備：在系統初啟,或者加載時候,必須將設備登記到相應的設備數組,并返回設備的主驅動號。 定義功能函數：對于

14、每一個驅動函數來說，都有一些和此設備密切相關的功能函數。拿最常用的塊設備或者字符設備來說，都存在著諸如 open(、read(、write(、release(這一類的操作。當系統調用這些函數時，將自動地使用驅動函數中特定的函數來實現具體的操作。此實驗是編寫一個字符設備驅動，所以主要工作是編寫子函數，并填充 file_operations 的各個域 。例如： struct file_operations MyFops = .read=device_read,.write=device_write,.open=device_open,.release=device_release;然后再自定義并實

15、現函數device _read,device_write,device_open,device_release相應的函數體。 在device_open中，調用了五、寫出與下列字意思相反的字詞(5分新 在中，調用了module_put(THIS_MODULE，減少這個模塊使用者的數目，否則一旦打開這個模塊以后，永遠都不能釋放掉它； 容易device_read中，調用了六、寫出詞語中的數字。（4分）device_write中，調用了copy_from_user,將用戶空間中的數據拷貝到內核空間。卸載設備：在不用這個設備時,。 顏 色 牛 虎是以模塊的形式編寫的，這樣，就可以像內核模塊一樣在需要的時

16、候動態加載，不使用時卸載。使用insmod命令可以手工加載模塊，通過 來注冊設備，在cleanup_module(中要調用unregister_chrdev(來卸載設備。具體實現步驟步驟_1 編寫設備驅動源代碼。（注意，除了大 學 氣 天需要是static類型。） 步驟_2 （驅動源程序 ）（ ）（） （ ）（ ）（ ）（ ） _載內核中模塊。八、寫出帶有下列偏旁的字。（命令：sudo insmod ./mydev.ko分）辶-( ( ( 此時使用命令cat /proc/devices，會看到在字符設備中有250 MyDevice-設備注冊名。扌-( ( ( 氵-( ( ( 木-( ( ( 冫

17、-( ( ( 步驟_4 創建新的虛擬設備文件嗎 呢 呀 吧 步驟_5 1、我們學校要蓋新樓房編寫測試程序，運行時要加2、這是怎么回事( ？步驟_6 卸載操作4、我們的校園真美刪除新增的字符設備文件命令：5、爸爸，您能給我買一個文具盒( ？常常 非常 make -C $(KERNELDIR M=$(PWD modules( #7、公園里的花很多，開得( 美麗。十、將下列詞語連起來，組成一句話，并加上標點。（4#刪除模塊,和加載模塊一樣.ko不能省！ 和 2、又聰明 小青蛙的又勇敢clear2: 小家伙真是個 十一、按課文內容填空，不會寫的字用拼音代替。（10分）1、一年之計在于春， 2編譯模塊文

18、件,編譯完后發現根目錄下生成了.ko文件：3、解落三秋葉， 。4、欲窮千里目， 。5 加載內核模塊：呼作白玉盤。 十二、讀短文，回答問題。（9創建新的虛擬設備文件，并使用ls命令，發現/dev目錄下，新增了MyDevice春娃娃對小花說句話，小花就咧（li）開了紅嘴巴。yn春娃娃的能耐(ni可真大，世界萬物都聽他的話！1、這首兒歌一共有 句話。2、春娃娃對 、 、 、 說話了。,總算真正對驅動程序有了一定的掌握。其實，編寫一個設備驅動程序的主要工作是編寫子函數，并填充4、你也來寫寫看。然后，再將新的設備驅動以模塊方式加載進來。分春娃娃對 實驗4、理解和分析十三、作文（9分）實驗過程認識proc

19、文件系統進程文件系統和內核文件系統組成的復合體；將內核數據對象化為文件形式進行存取的一種內存文件系統；監控內核的一種用戶接口，擁有一些特殊的純文本文件，從中可以獲取系統狀態信息。通過查找資料，proc文件系統中主要文件的內容，比如/proc/cpuinfo: CPU信息/proc/version：操作系統信息/proc/stat: CPU 的使用情況 /proc/meminfo: 內存狀態信息（包括內存使用率，交換區使用率）/proc/uptime第一個數表示系統運行時間，第二個數表示系統空閑的時間/proc/$pid/stat進程信息 我們要顯示系統信息，只需進行相應的文件操作。 首先打開相

20、應的文件，讀取所需要的信息，將其寫入一個緩沖區中，然后將緩沖區的內容加到 Gtk 的相應的控件上面去，最后將控件組合顯示即可 。 總體框架：主界面上，先利用gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL創建主窗口，在主窗口內使用gtk_table_new(創建一個表格，在表格里使用創建一個筆記本頁，notebook的每一頁里創建一個表格，最后只需將需要顯示的系統信息顯示在notebook的每一頁的表格中即可。具體設計及相應運行結果資源信息頁面：先使用gtk_vbox_new (FALSE, 0添加縱向盒子，在盒子內使用4次gtk_frame_new(分別創建CPU使用率、

21、主存使用率、交換區使用率和系統啟動及運行時間的邊框構件。除了系統啟動及運行時間的邊框只是數字顯示之外，其它的邊框還分別利用gtk_progress_bar_new(創建了進度條來顯示結果，而且進度條結果通過定時器函數gtk_timeout_add(，可以每隔1秒自動刷新一次。內存信息頁面：包括2列，“項目名”和“大小”。先使用gtk_vbox_new (FALSE, 0添加縱向盒子，在盒子中使用gtk_scrolled_window_new(添加滾動窗口，在該窗口中使用gtk_tree_view_new_with_model (添加tree view控件，用來顯示內存信息樹 (當然，在此之前還

22、需要讀取文件/proc/meminfo，將每行信息使用gtk_list_store_append(和gtk_list_store_set(添加到內存信息樹的列表中。另外，還使用gtk_button_new (創建了一個手動刷新內存信息的按鈕。進程信息頁面：包括5列，進程名、PID 、狀態、 CPU占用率 和占用主存。設計框架同內存信息頁面的設計，與之不同的是，由于每個進程信息保存在/proc/$pid/stat文件中，所以不是簡單的讀取并顯示一個文件的內容，而是需要分別讀取并顯示各個進程所在的文件的內容。另外，進程信息頁面多了手動殺死進程的按鈕，每點擊一下該按鈕，則獲取該進程的pid，調用ki

23、ll(進程號, SIGTERM來殺死該進程。還統計并顯示了睡眠進程（狀態為“S”）和運行進程（狀態為“R”）的數目。磁盤信息頁面：包括4列， MAJOR、MINOR 、BLOCK和NAME”。需要讀取文件/proc/partitions，設計框架同內存信息頁面的設計。系統信息頁面：先使用gtk_vbox_new (FALSE, 0添加縱向盒子，在盒子內使用2次gtk_frame_new(分別創建CPU信息邊框和OS信息邊框，再在邊框中使用gtk_label_new(創建標簽,來顯示相關信息主機名。其中CPU信息包括CPU型號、CPU頻率和Cache大小 ，操作系統信息包括操作系統名、版本號、主

24、機號和Gcc 版本。另外，主界面上還同步顯示了系統時間、進程總數等，還使用gtk_menu_bar_new(創建了菜單欄，包括“文件”、“關機選項”和“幫助”，其中“文件”菜單又包括下拉子菜單“退出”，“關機選項”又包括下拉子菜單“關機”、“重啟”和“注銷”，點擊子菜單會進行相應的處理。“幫助”菜單又包括下拉子菜單“關于任務管理器”，點擊后，會彈出作者的相關信息。實驗小結本實驗雖然程序的思路很清晰，除了需要C語言文件處理函數之外，大部分都要用到Linux圖形庫GTK畫圖的函數，這應該算是真正第一次接觸GTK,所以實驗前花了不少時間去閱讀有關GTK編程方面的demo。經過自己慢慢的摸索, 掌握了

25、一定的GTK編程后，才開始著手編寫程序。在調試過程中,好幾次遇到的段錯誤，后來發現，幾乎都是由數組設置得過小，導致存儲越界引起的。四、驗收（在實驗4源代碼的基礎上添加了函數 notebook_call_init(和get_call_info(，以及一些變量）老師給我的驗收題目是：讀取系統調用文件，并顯示調用號是6的倍數的系統調用的調用名和調用號。設計思路首先，找到存放系統調用名和調用號信息的文件，/usr/include/asm-generic/unistd_32.h。打開該文件，發現每行的基本格式為“#define _NR_調用名 調用號”。所以可以在實驗4的基礎上，再添加一個筆記本頁面，同內存信息頁面的設計方式完全一樣，只是此處需要讀取并提取/usr/include/asm-generic/unistd_32.h的信息。分析到此處，就只需要再花幾分鐘編寫代碼就OK了，可為什么在規定的時間內未完成給老師