2022年操作系统-Linux课程实验报告.pdf

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1、实验、 Linux Ubuntu的安装、创建新的虚拟机VMWare实验 Shell编程1. 实验目的与内容通过本实验，了解Linux 系统的 shell机制，掌握简单的 shell编程技巧。编制简单的 Shell 程序，该程序在用户登录时自动执行，显示某些提示信息, 如“Welcome to Linux ”, 并在命令提示符中包含当前时间、当前目录和当前用户名等基本信息。2. 程序源代码清单#include#include int main()printf(Hello Linuxn);int pid;int state;int pfd2;pipe(pfd);if (fork()=0)print

2、f(In the grep progressn);dup2(pfd0,0);close(pfd0);close(pfd1);execlp(grep,grep,sh,0);perror(exelp grep error);esle if(fork()=0) printf(In the ps progressn);dup2(pfd1,1);close(pfd0);close(pfd1);execlp(ps,ps,-ef,0);perror(execlp ps -ef);精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - -

3、 -第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - - close(pfd1);close(pfd0);wait(&state);wait(&state);实验内核模块实验步骤 :(1). 编写内核模块文件中主要包含init_clock()，exit_clock()，read_clock()三个函数。其 中 init_clock()，exit_clock()负责将模块从系统中加载或卸载，以及增加或删除模块在 /proc 中的入口。 read_clock()负责产生 /proc/clock被读时的动作。(2). 编译内核模块 Makefile文件# Makefile under i

4、fneq ($(KERNELRELEASE),) #kbuild syntax. dependency relationshsip of files and target modules are listed here. obj-m := else PWD := $(shell pwd) KVER ?= $(shell uname -r) KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build all: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean: rm -rf .*.cmd *.o *. *.ko .tmp_versions *.symv

5、ers *.order endif 编译完成之后生成模块文件。(3). 内核模块源代码#include #include #include #include #include #include #define MODULE #define MODULE_VERSION #define MODULE_NAME clock struct proc_dir_entry* my_clock; int read_clock(char* page, char* start, off_t off, int count, int* eof, void* data) int len; struct timeva

6、l xtime; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - - do_gettimeofday(&xtime); len = sprintf(page, %d %dn, , ; printk(clock: read_func()n); return len; struct proc_dir_entry *clock_proc_file; int init_clock(void) clock_proc_file =create_proc_rea

7、d_entry(clock,0,NULL,read_clock,NULL); return 0; void exit_clock(void) remove_proc_entry(clock,clock_proc_file); module_init(init_clock) module_exit(exit_clock) MODULE_LICENSE(GPL);(4). 编译内核模块# make (5). 加载内核模块在系统 root 用户下运行用户态模块命令装载内核模块# insmod (6). 测试在终端中输入以下命令： cat /proc/clock (7). 卸载内核模块在系统 root

8、 用户下运行用户态模块命令卸载内核模块#rmmod 实验系统调用实验步骤 :(1). 添加新调用的源代码在./ 中添加相应的调用代码asmlinkage int sys_xwlcall(struct timeval *tv) struct timeval ktv; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - - do_gettimeofday(&ktv); copy_to_user(tv,&ktv,sizeof(ktv); printk(KER

9、N_ALERTPID %ld called sys_xwlcall()./n,(long)current-pid); return 0; (2). 连接系统调用a、修改 ./ ，在系统调用列表后面相应位置添加一行，这样在用户空间做系统调用时就不需要知道系统调用号了， 如果在用户空间指明了调用号，就可以省略这一步， 实际上我就没写：#define _NR_xwlcall338 新增加的调用号位338 b、修改 ./ 在 ENTRY(sys_call_table)清单最后添加一行，这步至关重要，338就是这里来的：.long sys_xwlcall (3). 重建新的 Linux 内核先安装好编译

10、内核必要的软件包：# sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses5-dev 复制当前内核的配置文件# cp /boot/config-uname -r ./.config 保存配置文件# sudo make menuconfig 使用 debian 的的内核编译方法，要简单很多# sudo make-kpkg-initrd-initrd-append-to-version=xwlcallkernel_image kernel-headers 运行以下 deb 包，安装内核镜像和模块：运行以下 deb 包，安装内核

11、头文件：运行以下命令，使内核启动时能调用模块，比如硬件驱动：# sudo update-initramfs -c -k 此次编译的内核采用ubuntu 默认配置文件，通用性非常好，可以拷贝到大部分x86 机器上安装。安装后系统自动会修改grub启动选单。4. 重建引导信息 a 、安装 deb包就自动重建引导信息了，无须另行处理。 b 、如果仍然不放心，可以运行# update-grub5. 重新引导从新的内核进入精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 11 页 - - - - - -

12、- - - - 6. 修改系统调用表7. 测试实验 Shell编程实验（进程管理实验）1、实验目的通过编写 shell程序，了解子进程的创建和父进程与子进程间的协同，获得多进程程序的编程经验。2、实验内容 1设计一个简单的 shell解释程序，能实现基本的bsh 功能。3、实验原理将每一条命令分子段压入argv 栈。然后再子进程中调用execvp() 来实现该命令的功能。4、代码（源代码清单）#include #include #include #define BUFFERSIZE 256 n,buf);计思路通过 fork （）创建子进程，用execvp（）更改子进程代码，用wait （）等

13、待子进程结束。这三个系统调用可以很好地创建多进程。另一方面，编写的Shell要实现管道功能，需要用pipe （）创建管道使子进程进行通信。2. 源代码清单#include #include #include #include #define BUFFERSIZE256 n); exit(1); n=0; n); exit(1); n=0; argv2n+=cmd2; while(argv2n+=strtok(NULL, tn); pipe(fd); if(fork()=0) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -

14、- - - -第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - - dup2(fd0,0); 验步骤(1) 、安装 GDB (2) 、编写观测程序(3) 、按照指令手册进行观察操作2. 观测程序源代码#include #include char str50 = Hello Linux.; int main() int num = 10; while(num-) printf(%sn,str); 验结果及分析(1).Gdb 程序观察一个程序文件的内容和结构结果截图：(2).GDB 观察程序内存映象的内容和结构(3). 在 Linux 下，用 free 和 vmstat 命令观察内存使

15、用情况(4). 在 Linux 下，查看 /proc 与内存管理相关的文件，并解释显示结果实验 观察实验（进程通信）在 Linux 下，用 ipcs() 命令观察进程通信情况，了解Linux 基本通信机制实验结果（截图）：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 实验 IO系统编程实验1、实验目的编写一个 daemon进程，该进程定时执行 ps 命令，然后将该命令的输出写至文件 F1 尾部。通过此实验，掌握Linux I/O系统相关内容。

16、2、实验内容编写一个 daemon进程，该进程定时执行 ps 命令，然后将该命令的输出写至文件 F1 尾部。3、实验原理在这个程序中，首先fork 一个子程序，然后，关闭父进程，这样，新生成的子进程被交给 init进程接管，并在后台执行。新生成的子进程里，使用system 系统调用，将 ps 的输出重定向，输入到里面。4、实验步骤编写代码如下：#include #include int main(int argc,char* argv) int i,p; p = fork(); if(p 0) exit(0); else if(p = 0) for(i = 0; i ); else perro

17、r(Create new process!); return 1; 编译程序# gcc -o daemon 执行程序# ./daemon精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 实验 代码分析 ( 文件系统管理实验)1. 实验目的了解与文件管理有关的Linux 内核模块的代码结构。2. 实验结果（源代码分析）A. 创建文件模块分析5780 /*creat system call */ 5781 Creat() 5782 5783 resi

18、ster *ip; 5784 extern uchar; 5785 5786 ip = namei(&uchar,1); 5787 if(ip = NULL) 5788 if 5789 return; 5790 ip = maknode1&07777&(ISVTX); 5791 if (ip = NULL) 5792 return; 5793 open1(ip,FWRITE,2); 5794 else 5795 open1(ip,FWRITE,1); 5796 第 5786：“namei”( 7 5 1 8 ) 将一路径名变换成一个“ inode ”指针。“ uchar”是一个过程的名字，它从

19、用户程序数据区一个字符一个字符地取得文件路径名。5787：一个空“ inode ”指针表示出了一个错，或者并没有具有给定路径名的文件存在。5788：对于出错的各种条件，请见 UMP 的 CREAT(II) 。5790：“maknode ”( 7455)调用“ ialloc”创建一内存“ inode ”，然后对其赋初值，并使其进入适当的目录。注意，显式地清除了“粘住”位( ISVTX) 。B. 删除文件 rm 模块分析3510 unlink() 3511 3512 resister *ip,*pp;3513 extern uchar; 3514 3515 pp = namei(&uchar,2)

20、; 3516 if (pp =NULL) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 3517 return; 3518 prele(pp); 3519 ip = iset(pp -dev, 3520 if (ip = NULL) 3521 panic (*unlink iset *); 3522 if (ip -i_mode%IFMT) = IFDIR & !suser() 3523 goto out; 3524 1 = - DIRSIZ

21、+2; 3525 = &; 3526 = DIRSIZE +2; 3527 = 0; 3528 writei(pp); 3529 ip -i_nlink-; 3530 ip-i_flag =! IUPD; 3531 3532 out: 3533 iput(pp); 3534 iput(ip); 3535 新文件作为永久文件自动进入文件目录。关闭文件不会自动地造成文件被删除。当内存“ inode ”项中的“ i _ nlink”字段值为 0 并且相应文件未被打开时，将删除该文件。在创建文件时，该字段由“ maknode”赋初值为 1 。系统调用“ link”( 5941 )可将其值加1，系统调用

22、“ unlink ”( 3529 )则可将其值减 1 。创建临时“工作文件”的程序应当在其终止前执行“ unlink”系统调用将这些文件删除。注意，“ unlink ”系统调用本身并没有删除文件。当引用计数( i _ count )被减为 0 时(7350、7362)，才删除该文件。为了减少在程序或系统崩溃时遗留下来的临时文件所带来的问题，程序员应当遵守下列约定：(1) 在打开临时文件后立即对其执行“ unlink”操作。(2) 应在“ tmp”目录下创建临时文件。在文件名中包括进程标识数就可构成一惟一文件名C. 读写模块分析5711 Read( ) 5712 5713 rdwr(FREAD)

23、; 5714 5720 Write( )5721 5722 rdwr(FWRITE); 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 5723 5731 rdwr(mode) 5732 5733 resister *fp,m; 5734 5735 m = mode; 5736 fp = setfR0); 5737 if (fp =NILL) 5738 return; 5739 if (fp -f_flag&m =0) 5740 = EBADF

24、; 5741 return; 5742 5743 = 0; 5744 = 1; 5745 = 0; 5746 if(fp -f_flag&FPIPE) 5747 if(m = FREAD) 5748 readp(fp);else 5749 writep(fp); 5750 else 5751 1 = fp -f_offset1; 5752 0 = fp -f_offset0; 5753 if (m = FREAD) 5754 readi(fp -f_inode);else 5755 writei(fp -f_inode); 5756 dpadd(fp -f_offset,1 ; 5757 57

25、58 R0 = 1 ; 5759 “read”系统调用的基本工作过程为：read ( f , b , n ) ;*用户程序 *发生陷入2693 trap 3 系统调用5711 read() ；5713 rdwr(FREAD); 用户进程执行系统调用激活运行在核心态的“ trap ”。“ trap ”识别系统调用，然后通过“ trap l”调用例程“ read”，它又调用“ rdwr ”。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - - “rdw

26、r ”包含了很多“ read”和“write ”操作共用的代码。它调用“ getf ”( 6 6 1 9 )将用户进程提供的文件标识变换成“file”数组中一项的地址。注意，该系统调用的第 1 个参数是以不同于另外 2 个参数的方式传送的。将“”设置为 0，这表示此操作的目的地址在用户地址空间中。在以一个 inode指针参数调用 “ read i ”后，将要求传送的字符数减去剩余未传输字符数(在 _ count 中)，加至文件位移量中。6221 readi 6239 lbn = lshift ,-9); 6248 on = i & 0777; 6241 n = min (512 on,; 62

27、50 dn = ip-i_dev; 6258 bp = bread (dn,bn); 6260 iomove (bp,on,n,B_READ); 6261 brelse (bp); “read i ”将文件位移量分解成两部分：一个逻辑块号“lbn ”，以及一个块内索引“ on”。将要传输的字符数是下而两个值中的较小者：“ _ count ”和块内尚余字符数 (在这种情况下以后还必须读其他块，此处没有进一步对此说明)，还应考虑尚余留在文件中的字符数( 对这种情况也未进一步说明)。“dn”是存储在“ inode ”中的设备编号，“ bn”是在该设备 (磁盘) 上的实际块号，这是由“ bmap ”(

28、6415) 用“lbn ”计算得到的。对“ bread ”的调用找到所要求的磁盘块，若需要，则将其从磁盘复制到内存中。“iomove”(6364) 将适当数量的字符传送至目的区，然后执行计数操作。“read”和“ write”执行的操作有很多相似之处，两者共享很多代码。系统调用“ read ”(5711) 和“write ”( 5720) ，然后立即调用“ rdwr”，它执行下列操作：5736：将用户程序文件标识变换成指向相应文件表项的指针。5739：检查所要求的操作 (读或写 ) 是否与文件打开时的读 / 写方式符合。5743：用各参数在“ u”中设置几个标准单元。5746：从此开始对“管道”文件进行特殊处理。5755：按读、写要求分别调用“ read i”或“ write i”。5756：更新文件位移量， 使其增加实际传送的字符数，同时也将实际传送的字符数返回。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - - -