操作系统原理 第2版实验与思考第9章IO设备管理.docx

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1、【实验与思考】Linux重定向以及对声音设备编程1.实验背景在本实验中，我们使用高级Linux命令来完成重定向和管道。(1)通过重定向和管道操作，熟悉输入/输出(I/O)重定向；把标准输出重定向创建一个 文件；防止使用重定向的时候覆盖文件；把输出追加到一个现有的文件中；把一个命令的输出 导入到另一个命令中。(2)通过对机器内部扬声器的编程，了解和学习Linux内部设备的控制和管理方法。(3)熟悉Linux环境的程序设计和调试方法，进一步了解操作系统输入/输出处理技术。每一个Linux命令都有一个源作为标准输入，一个目的作为标准输出。命令的输入通常来 自键盘(尽管它也可以来自文件)。命令通常输出

2、到监视器或者屏幕上。Linux计算环境使用重 定向可以控制命令的I/O。当试图把命令的输出保存到一个文件，以供以后查看的时候是很有用 的。通过管道，可以取得一个命令的输出，把它作为另一个命令的进一步处理的输入。有几个元字符可用于输入/输出重定向符号：输出重定向使用右尖括号(,又称大于号)； 输入重定向使用左尖括号() o本实验重点在输出重定向。重定向命令的格式是：Command Redirection-Symbol File(text file or device file)标准输出比标准输入或标准出错更经常被重定向。许多命令，如Is、cat、head和tail产生 标准输出到屏幕上，常常会希

3、望把这个输出重定向到一个文件中，以便将来查看、处理或者打 印。通过替换文件名，可以截获命令的输出，而不是让它到达默认的监视器上。最强大的元字符之一是管道符号(I) o管道取得一个命令的标准输出，把它作为标准输入 传递给下一个命令(通常为more命令、Ip (行式打印机)命令或者一个文件处理命令，如grep 或sort) o必须在管道的每边都有一个命令，命令和管道之间的空格是可选的。管道命令的格式是：command | command接着，我们来学习如何实现Linux下对机器内部扬声器的编程。在Linux环境下对声音设备进行编程比大多数人想象的要简单得多。常用的声音设备是内 部扬声器和声卡，它们

4、对应/dev目录下的一个或多个设备文件，我们可以像打开普通文件一样 打开它们，用ioctl()函数设置一些参数，然后对这些打开的特殊文件进行写操作。由于这些文件并非普通文件，所以不能用ANSIC (标准C)的fopen、fclose等来操作文件, 而应该使用系统文件I/O处理函数(open read write Iseek和close)来处理这些设备文件。ioctl() 或许是Linux下最庞杂的函数，它可以控制各种文件的属性，在Linux声音设备编程中，最重要 的就是使用此函数正确设置必要的参数。（A,B, C,D为参数的数值。）运行结果（如果运行不成功，则可能的原因是什么？）：适当调整参数

5、的值，看看声音有何变化。将上面的例子稍作扩展，我们就可以让扬声器唱歌。只要找到五线谱或简谱的音阶、音长。 节拍和频率、发声时长、间隔的对应关系就可以了。4 .实验总结5 .教师实验评价由于此类编程涉及到系统设备的读写，所以，很多时候需要有root权限，如果将实验例子 编译后不能正确执行，那么，首先请检查是否因为没有操纵某个设备的权限。内部扬声器是控制台的一部分，所以它对应的设备文件为/dev/consoleo变量KIOCSOUND 在头文件/usr/include/linux/kd.h中声明，使用ioctl()函数可以来控制扬声器的发声，使用规则 为：ioctl(fdAKIOCSOUND, (

6、int) tone);fd为文件设备号，tone是音频值。当tone为0时，终止发声。但是，这里的音频和我们平 常认为的音频是不同的。由于计算机主板定时器的时钟频率为1.19MHz,所以要进行正确的发 声，必须进行如下的转换：扬声器音频值=1190000/期望的音频值扬声器发声时间的长短通过函数usleep(unsigned long usee)来控制，它在头文件 /usr/include/unistd.h中定义，让程序睡眠usee微秒。6 .工具/准备工作在开始本实验之前，请回顾教科书的相关内容。(1)由实验指导老师分配的登录用户名(如user2)和口令。(2)需要准备一台运行Linux操作

7、系统，带有GNOME的计算机。7 .实验内容与步骤(1)重定向。在本实验中将会用到下列命令：pwd：显示当前的工作路径。cd：改变目录路径。1s：显示指定目录的内容。more：分页显示文件的内容。这是用于显示文本文件的首选方法。head：截取显示文件的开头部分(默认为开头10行)。tail：截取显示文件的结尾部分(默认为最后10行)。cal：有关日历的命令。set：shell特性的设置。echo：显示变量的值。ps：显示当前进程。data：显示或设置系统日期和时间。grep：查找文件中有无指定的关键字。sort：排序指令。提示：如果对命令的格式不清楚，可以用man命令请求帮助，即：man mo

8、re。步骤1：开机，登录进入GNOME。在GNOME登录框中填写指导老师分配的用户名和口 令并登录。步骤2：访问命令行。单击红帽子，在“GNOME帮助” “系统工具”菜单中单击“终端” 命令，打开终端窗口。使用重定向标准输出符号，完成以操作：步骤1：重定向标准输出，创建一个文件。右尖括号或称大于符号（）把命令的输出发送 到一个文件中：使用单个右尖括号，当指定文件名不存在的时候，将创建一个新文件；如果文 件名存在，它将被覆盖。（注意：命令、重定向符号和文件名之间的空格是可选的）。重定向标准输出命令的格式是：command file 为核实当前所在目录位置，使用什么命令？如果当前位置不在主目录中，

9、使用什么命令可以改变到主目录中？如果希望把文件和目录列表截获，存储为主目录中的一个文件，这样可以追踪主目录中 有什么文件。使用什么命令，把长文件列表的输出重定向，创建一个叫做homedir.list的文件。 新文件homedir.list被放在哪里？使用1s命令核实新文件存在。 使用什么命令，以一次一屏的方式，来查看刚才创建的文件内容? 使用head命令截获homedir.list文件的最后10行，并同时通过重定向，创建一个叫做 dhomedir.list-tail-10的新文件。应该使用什么命令？使用more命令查看文件的内容。使用tail命令，截获homedir.list文件的前10行，并

10、同时通过重定向，创建一个叫做 dhomedir.list-top-10的新文件。使用什么命令？使用more命令查看文件的内容。通过重定向命令截获cal -y命令的输出，把它存到名为calendar的文件中。查看文件的 内容。截获了什么？请写出操作步骤及结果。 通过重定向命令截获cal 2010命令的输出，把它存到名为calendar的文件中。查看文件 的内容。其中有什么内容？请写出操作步骤及结果。calendar文件有什么变化?步骤2：防止使用重定向的时候覆盖文件。在bash shell中，一个叫做noclobber的选项可以用来设定防止在重定向的过程中覆盖文件。 可以在命令行中使用$set

11、-o noclobber命令来完成。o代表选项。为了 重新激活 noclobber 特性，使用$set -o noclobber；撤消则用 set +o noclobbero如果你使用的是csh shell,为了激活/撤消C shell中的clobber特性，使用set noclobber和 unset noclobbero 输入命令，打开shell中的noclobber选项，以防止文件被覆盖。输入什么命令？ 输入命令Is -1 homedir.list,结果是什么？为什么？ 输入命令Is -1 homedir.list2,结果是什么？步骤3：向现有的文件追加输出。如果想向一个现有的文件追加（

12、添加到末尾）文本而不是 覆盖它，可以使用双右尖括号（）。这个选项当文件不存在的时候，会创建一个新文件，或者 追加到已有文件。追加命令的格式是：command file输入命令，显示“Happy Birthday 一行字，并使用重定向符号截获输出，把它存到叫 做bday4me的文件中。使用什么命令？ 输入命令，显示“YOURNAME” 一行字，使用双重定向符号，把输出追加到bday4me 文件中，你使用的命令是什么？查看bday4me文件的内容。其中有什么？ 输入命令，显示您出生年月的日历（如果在1985年的6月出生，输入cal6 1985）,使 用双重定向符号，把输出追加到bday4me文件中

13、。使用什么命令？查看bday4me文件的内容。注意这3个命令的输出在bday4me文件中已经被组合起来 To您是在一周中的哪一天出生的？使用管道符号：步骤1:把命令的输出导入到另一个命令中。 使用管道元字符“|，使ls-1命令的输出成为more命令的输入（注意：如果当前目录中 文件不多，可使用/etc目录以获取一个较长的文件列表）。你输入的命令是什么？得到什么结 果？ 查看使用Is-11 more命令列出来的文件，注意创建或修改的日期。如果想查看在同一个 月被创建或修改的文件或目录的列表，则可以使用grep命令对那个月进行搜索。当月份显示在 列表中的时候，指定它（例如：Oct）。输入命令Is-

14、1 | grep Oct （或者其他想查找的月份）。结果 是什么？目录总是4096字节大小。输入命令Is-1 | grep 4096。产生的列表是什么？ 可以使用多个管道连接多个命令。输入取得长文件列表输出的命令，把它输入给tail命 令，截取后10行，然后到sort命令进行排序。输入的命令是：ps （进程状态）命令用于查看Linux系统中运行什么进程。把ps-e命令的输出输入给more 命令。-e选项将给出每一个在系统中运行的进程。把输出内容输入到more命令中，你输入的命 令是什么？并观察结果。步骤2：删除在本实验中创建的文件和目录。步骤3：关闭终端窗口，注销。（3）声音设备编程。请按以下

15、步骤进行，完成实验操作：步骤1 ：登录进入Rad Hat Linux o步骤2：单击红帽子，在“GNOME帮助” “附件”菜单中单击“文本编辑器”命令，在 文本编辑中键入清单9-1程序并保存为9-1.co清单97让扬声器按指定的长度和音频发声。# include # include # include # include # include # include # include # include /设定一个合适的频率/ 200微秒，发声的长度以微秒为单位/默认不重复发声/同样以微秒为单位/期望输出的频率，单位为Hz/发声长度，以微秒为单位/重复的次数/两次发声间隔，以微秒为单位/设定默认值

16、# define DEFAULT_FREQ 440# define DEFAULT_LENGTH 200# define DEFAULT_REPS 1# define DEFAULT_DELAY 100/定义一个结构，存储所需的数据 typedef struct(int freq;int length;int reps;int delay; beep_parms_t;/打印帮助信息并退出void usage_bail(const char *executable_name) (printf (Usage:nt%s -f frequency -1 length -r reps -d delay

17、n n,executable_name);exit (1);)/分析运行参数，各项意义如下：/ H-f以Hz为单位的频率值”/ ”-1以毫秒为单位的发声时长”/ n-r重复次数”/ n-d以毫秒为单位的间歇时长” void parse command line (char *argv,beep parms t *result) char *argO=*(argv+); while (*argv)if ( !strcmp(*argv,n-fn)/频率int f req=atoi (* (-F+argv);if (freq10000) (fprintf(stderr, Bad parameter:

18、 frequency must be from 1.10000nn);exit(1);) else result-freq=freq; argv+; elseif (!strcmp(*argvzn-l)/发声的时间长度int length=atoi(*(+argv); if (length=0nn );exit(1); else (result-length=length;argv4- + ; ) elseif (!strcmp(argv,”-r)/重复次数int reps=atoi(*(+argv);if (reps=Onn ); exit (1); else ( result-reps=r

19、eps; argv+4-;) else if (!strcmp(*argvzn-dn) /延时int delay=atoi(*(+argv); if (delay=Onn); exit(1); else ( result-delay=delay; argv+; else (fprintf(stderr,Bad parameter： %snnr *argv); usage_bail(argO);) )int main(int argc, char *argv)/循环计数器int console_fd;int i;/设发声参数为默认值beep_parms_t parms=DEFAULT_FREQ,

20、DEFAULT_LENGTH, DEFAULT_REPS,DEFAULT_DELAY;/分析参数，可能的话更新发声参数parse_command_line(argv,&parms);/打开控制台，失败则结束程序if (console_fd=open(n/dev/console,O_WRONLY)= -1) (fprintf(stderr,Failed to open console.nn);perror(open);exit(1);/真正开始让扬声器发声for (i = 0; i parms.reps; i+)(/数字1190000从何而来，不得而知int magical_fairy_numb

21、er=ll90000/parms.freq;ioctl (console_fd, KIOCSOUND, magical_f airy_number) ; / 开始发声/停止发声/等待/重复播放 sleep (1000*parms . length) ;/ 等彳寺ioctl (console_fd,KIOCSOUND, 0); sleep (1000*parms.delay);return EXIT_SUCCESS;)步骤3：编译：cc -o 9-1 9-1. c如果编译有错，根据错误提示在文本编辑器中修改源程序，直到编译成功。 请记录：操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？步骤4：运行9-l.exe程序。./9-1-f A -1 B -r C -d D