操作系统实验报告.docx
42页
操作系统课程设计实验报告院系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术班级： 姓名： 学号： 2012 年 03月 10 日一、 课程设计任务1.1课设目的¨ 掌握Linux操作系统的使用方法；¨ 了解Linux系统内核代码结构；¨ 掌握实例操作系统的实现方法¨ 通过OS子系统的设计、增强OS设计的技巧，达到提高解决实际OS的设计能力的提高1.2设计内容（1） 掌握Linux操作系统的使用方法，包括键盘命令、系统调用；掌握在Linux下的编程环境Ø 编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能；Ø 编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果要求用到Linux下的图形库2） 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） 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（4） 了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法 （选做）a) 了解/proc文件的特点和使用方法b) 监控系统状态，显示系统中若干部件使用情况c) 用图形界面实现系统监控状态。
5） 设计并实现一个模拟的文件系统（选做） 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、文件的写、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、退出二、 实验环境2.1 Linux系统版本可用版本Ø Fedora 5.0 6.0 …Ø ubuntu 10.04 11.10 尽量使用2.6.32以前的内核版本本实验操作系统为：ubuntu 10.04内核版本号：Linux 3.0.24三、 实验内容3.1 Linux下的C编程①实验原理先在父进程中利用fork( )函数创建一个子进程，再在子进程中创建一个子进程，然后在各个进程的运行过程中分别生成一个窗口，同时在相应的进程窗口中显示该进程的ID生成窗口时可使用图形库GTK 2.0，在每个窗口中加入几个构件（button，progress bars，label等），并将每个构件所产生的动作与相应的信号处理函数相连接Linux环境中，创建进程只需调用fork( )函数即可进程调用fork后，系统会创建一个子进程，此子进程与父进程唯一不同的地方在于其进程ID与父进程ID：对于父进程，fork返回子进程的ID，对于子进程则返回0，系统就是通过此返回值的不同来区分父子进程的。
若fork调用失败，则返回-1GTK（GIMP Toolkit）是一个图形用户编程接口工具，本次实验将会用到的主要内容是控件、消息处理器和回调函数利用控件可以实现一些图形的显示，比如显示窗口等等消息处理器等待事件的发生（关闭窗口、点击按钮等），并捕获该信号，告诉GTK程序应该调用哪个回调函数进行相应的处理，并在终端中显示结果详细内容请参见《GTK 2.0教程》（可从网上下载）②实验过程编译GTK程序与编译普通的C程序需要用到不同的命令比如程序名为threeproc，则编译命令为：gcc `pkg-config －－cflags --libs gtk+-2.0`threeproc.c －o threeproc ，注意 ，在不同的系统下，编译命令的参数顺序可能略有不同，如：gcc 1_2.c -o 1_2`pkg-config --cflags --libs gtk+-2.0` 在某次实验的时候，就不能通过编译，提示1_2.c:1:21: 错误：gtk/gtk.h：没有那个文件或目录但更换一下参数顺序就可以了：gcc `pkg-config --cflags --libs gtk+-2.0`1_2.c -o 1_2该部分的运行结果如下： threeproc.c内容为：#include
3.2 系统调用①简介：系统调用是应用程序和操作系统内核之间的功能接口,通过系统调用进程可由用户模式转入内核模式,在内核模式下完成相应的服务之后再返回到用户模式系统调用的主要目的是使得用户可以使用操作系统提供的有关设备管理、输入/输出系统、文件系统和进程控制、通信以及存储管理等方面的功能，而不必了解系统程序的内部结构和有关硬件细节，从而起到减轻用户负担和保护系统以及提高资源利用率的作用②实验原理Linux用来实现系统调用异常的实际指令是：int $0x80 这一指令使用中断/异常向量号128（即16进制的80）将控制权转移给内核（进行模式切换）为达到在使用系统调用时不必用机器指令编程，在标准的C语言库中为每一系统调用提供了一段短的子程序，完成机器代码的编程工作事实上，机器代码段非常简短它所要做的工作只是将送给系统调用的参数加载到CPU寄存器中，接着执行int $0x80指令然后运行系统调用，系统调用的返回值将送入CPU的一个寄存器中，标准的库子程序取得这一返回值，并将它送回用户程序下面以getuid()系统调用为例来看调用过程：用户程序int main(){ ….. getpid(); ……}标准C库int getuid(void){ long _res;….. int $0x80 ……}中断处理ENTRY(system_call)pushl %eaxSAVE_ALLGET_CURRENT(%ebx) call sys_getuid16 …… RESTORE_ALL RESTORE_ALL}内核例程asmlinkage longsys_getuid16(void){return hig2lowuid(current_uid);}③实验过程A.步骤1：下载源代码如果系统不包含源文件，则需要在网站上下载系统源代码网址： B.步骤2：修改相应内核文件(1) 修改（添加）源代码 第一个任务是编写加到内核中的源程序，即将要加到一个内核文件中去的一个函数，该函数的名称应该是新的系统调用名称前面加上sys_标志。
假设新加的系统调用为mycall(int number)，在/usr/src/linux—/kernel/sys.c文件中添加源代码，如下所示： asmlinkage int sys_mycall(int n,const char* sfile,const char* tfile){/* mycall文件拷贝 */ int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char buffer[BUFFER_SIZE];/* 设定一个缓冲区 */ char *ptr; mm_segment_t old_fs; old_fs=get_fs(); /*保存原来的段*/ set_fs(KERNEL_DS); /*设置为数据段*/ if(n!=3){/* 三个参数 */ printk(KERN_ERR "Usage:%s fromfile tofile\n\a",sfile); return(-1); } /* 打开源文件 */ if((from_fd=sys_open(sfile,O_RDONLY,S_IRUSR))==-1){ printk(KERN_ERR "Open %s Error\n",sfile); return(-1); } /* 创建目的文件 */ if((to_fd=sys_open(tfile,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1){ printk(KERN_ERR "Open %s Error\n",tfile); return(-1); } /* 以下代码是一个经典的拷贝文件的代码 */ while(bytes_read=sys_read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE)){ /* 一个致命的错误发生了 */ if(bytes_read==-1) break; else if(bytes_read>0){ ptr=buffer; while(bytes_write=sys_write(to_fd,ptr,bytes_read)){ /* 一个致命错误发生了 */ if(bytes_write==-1)break; /* 写完了所有读的字节 */ else if(bytes_write==bytes_read) break; /* 只写了一部分,继续写 */ else if(bytes_write>0){ ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; } } /* 写的时候发生的致命错误 */ if(bytes_write==-1)break; } } set_fs(old_fs); sys_close(from_fd); sys_close(to_fd); return(1); }(2) 连接新的系统调用 添加新的系统调用后，下一个任务是使Linux内核的其余部分知道该程序的存在。
为了从已有的内核程序中增加到新的函数的连接，需要编辑两个文件entry.s文件中的sys_call_table独立出来，我们可以在该文件下看到类似于#include"syscall_table.s"字样，说明我们正真需要修改syscall_table.s 在syscall_table.s中有类似如下的清单：。
