2011操作系统课程设计.ppt

n教学操作系统教学操作系统有两大类，一类是针对 RISC结构MIPS处理器的，另外一类是 针对CISC结构的the Intel IA-32 (or x86)通用处理器的这样分类是因为：处理器是操作系统 运行的硬件环境中最重要的部分 第1章 GeekOS教学操作系 统概论 一、针对RISC结构MIPS处理器的教 学操作系统nNachos（Not Another Completely Heuristic Operating System）是建立在软件模拟的虚拟 机之上的教学操作系统，采用MIPS R2/3000的指 令集，能模拟主存、中断、网络以及磁盘系统等所 必须的硬件系统，美国加州大学伯克利分校多次采 用该操作系统作为课程设计平台nOS/161是运行在与操作系统无关的system/161 模拟器上的，操作系统代码是MIPS对应的机器代 码n无论是Nachos还是OS/161，若学生使用Windows或 Linux 开发环境的话，都需要使用交叉编译器才能 把代码编译成MIPS相应的机器代码二、针对针对CISC结构的Intel IA- 32 (or x86)通用处理器的教学操作 系统 nMINIX：是Andrew S. Tanenbaum（ AST）于1987年开发的，目前主要有1.5 版和2.0 版两个版本在使用。

MINIX 系统 是免费的，可以从许多FTP 上下载， MINIX是一个包括了虚拟内存管理、文件 系统、设备驱动程序、网络和用户态程序 等的比较完整的操作系统，由两万多行代 码组成n对于教学有点过于庞大和复杂，而且由于 它已经实现了操作系统的全部基本功能， 没有留下合适的练习让学生自己完成 nGeekOS：是一个基于X86架构的PC机上运行的 微操作系统内核，由美国马理兰大学的教师开发 ，是一个用C语言开发的操作系统， GeekOS主 要用于操作系统课程设计，目的是使学生能够实 际动手参与到一个操作系统的开发工作中学生 可以在Linux或Unix环境下对其进行功能扩充， 也可以在windows下使用Cygwin工具进行开发 ，且其针对进程、文件系统、存储管理等操作系 统核心内容分别设计了7个难度逐渐增加的项目 供教师选择 n出于教学目的，这个系统内核设计简单，却又兼 备实用性，它可以运行在真正的X86 PC硬件平 台 三、GeekOS系统源代码结构 nGeekOS操作系统源文件geekos-0.3.0.zip可 以从下 载1.GeekOS系统源代码结构 2、GeekOS的设计项目 项目0：项目0要求实现一个内核进程，功能是实现 从键盘接收一个按键，并在屏幕上显示。

主要是让学 生熟悉GeekOS的编译、运行过程，了解计算机系统 的启动原理项目1：项目要求学生熟悉ELF文件格式，并编写代 码对ELF文件进行分析，并将分析传送给加载器主 要让学生熟悉可执行链接文件（ELF文件）的结构， 并学会加载和运行可执行文件项目2：要求学生实现对用户态进程的支持在项目2 实现之前，GeekOS一直使用内核进程对用户态进 程执行的支持包括用户态进程结构的初始化、用户进 程空间的初始化、用户进程切换和用户程序导入等 该项目中，存储分配依然使用分段分配方式实现项 目2后，用户就可以使用GeekOS提供的命令行解释器 Shell运行一些命令来执行PFAT文件系统内的用户测 试程序项目3：要求学生改进GeekOS的调度程序，实现基于 4级反馈队列的调度算法（初始GeekOS系统仅提供了 FIFO进程调度算法），并实现信号量，支持进程间通 信GeekOS的设计项目 项目4：要求学生实现分页虚存管理，以替代在项目1和 项目2中采用的分段存储管理实现分页虚存管理后系 统在内存不够的情况下就可以将部分页调到硬盘，以释放 内存实现虚拟存储技术项目5：要求实现GOSFS文件系统由于GeekOS使用了 虚拟文件系统，可以加载不同的文件系统，而系统默认加 载的是PFAT只读文件系统。

在这个项目中，需要实现一 个多极目录的、可读写的文件系统项目6：要求为文件系统增加访问控制列表，并使用匿名 半双工管道实现进程间通信GeekOS的设计项目一、GeekOS系统开发调试环境n在Windows下使用Cygwin模拟Linux的开发环境 ；n在PC机上直接安装Linux进行开发调试；n在虚拟机上安装Linux进行开发调试 ；建议使用后两种环境进行项目开发，会减少许多 不必要的困难， Linux最好使用red hat 9.0版本第2章 课程设计环境 Bochs/GeekOSGeekOS编译环境计算机硬件Windows操作系统VMware (硬件模拟器)Linux操作系统GeekOS计算机硬件Windows操作系统BOCHS(硬件模拟器)GeekOSGeekOS运行环境计算机硬件Linux操作系统BOCHS(硬件模拟器)GeekOS计算机硬件Linux操作系统GeekOS二、GeekOS开发的工具软件 nGNU gcc编译器：用来编译C语言程序代码(Linux系统自动安装)nNASM汇编器：用来编译汇编语言程序代码(Linux系统不会自动安装，在安装时需要选取)nGNU gdb调试器：用来查找程序代码错误(Linux系统自动安装)nBochs PC模拟器：用来运行GeekOS系统(在Linux系统或windows系统中需要下载软件独立安装 )nSource Insight : 程序编辑器和代码浏览器(在windows系统中需要下载软件独立安装)nGeekOS运行于Windows(或Linux)下的Bochs PC模拟器，Bochs 是用 C++ 开发的可移植的 IA-32 (x86) PC 模拟器，它包括对 Intel x86 CPU 、通用 I/O 设备和可定制的 BIOS 的模 拟,几乎可以运行在所有流行的平台上。

目前 ， Bochs 可以模拟 386, 486, Pentium Pro 或 者 AMD64 CPU Bochs 的模拟环境中也可 以运行大部分的操作系统，包括 Linux, Windows 95, DOS, Windows NT 4, FreeBSD, MINIX 等 Bochs 由 Kevin Lawton 创建， 此项目当前仍由他维护 三、Bochs PC 模拟器 1、Bochs安装和使用nbochs有Linux和Windows等不同环境的软件 安装包，用户根据操作系统平台下载相应的 版本如果用户选择在Cygwin中开发调试则 选择Windows版本下载在Windows系统下 安装Bochs非常简单，直接运行安装软件，按 提示操作就可完成在Linux系统中需先解压 软件包，然后再配置编译生成系统文件n推荐使用的Bochs 版本是2.0以上，版本2.1.1 可以很好的运行GeekOSn为了模拟一台计算机执行一个操作系统软件 ，bochs需要几个文件来代替PC机硬件的不同 部分：nbochs—模拟器程序本身nBIOS-bochs-lastest—模拟bochs硬件的BIOSnVGABIOS-lgpl-lastest—模拟bochs显示系统的 BIOS。

nbochsrc.txt—描述模拟器硬件配置的配置文件ndisk image(.img)—包含了一个模拟器能引导的操 作系统镜像 2、 Bochs系统文件运行GeekOS的Bochs配置文件举 例vgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latest romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, address=0xf0000 megs: 8 boot: c floppya: 1_44=fd.img, status=inserted #floppya: 1_44=fd_aug.img, status=inserted log: ./bochs.out keyboard_serial_delay: 200 floppy_command_delay: 500 vga_update_interval: 300000 ips: 1000000 mouse: enabled=0 private_colormap: enabled=0 i440fxsupport: enabled=0一、make工具简介n无论是在Linux还是在UNIX环境中，make都是 一个非常重要的系统开发工具。

利用make工具 ，可以将大型的开发项目分解成为多个更易于 管理的模块，对于一个包括几百个源文件的应 用程序，使用make和makefile工具就可以简洁 明快地理顺各个源文件之间纷繁复杂的相互关 系 make能够按照规则自动完成编译工作，并 且可以只对程序员在上次编译后修改过的文件 进行编译，减少重复编译的工作量 它就是字 符操作方式下的项目管理工具第3章 make工具 makefile文件内容 nMake文件包含五方面的内容,即具体规则、隐含规则、宏定义 、指令和注释下面分别对它们进行说明： u具体规则：用于阐述什么时间或怎样重新生成称为规则目 标的一个或多个文件 u隐含规则：用于阐述什么时间或怎样重新生成同一个文件 名的一系列文件 u宏宏定义：为一个宏赋一个固定的字符串值，从而在以后 的文件中能够用该宏代替这个字符串 u指令：make根据makefile文件执行一定任务的命令1）读其它makefile文件（如果包括） （2）根据变量的值判定是否使用或忽略makefile文件的 部分内容 （3）定义多行变量，即定义变量值可以包含多行字符的 变量 u以“＃”开始的行是注释行，注释行在处理时将被make命令 忽略， makefile规则 n targets . : dependencys . command . . ntargets是一个目标文件或一组目标文件，可以是中间 目标文件，也可以是执行文件。

还可以是一个标签（ Label），对于标签这种特性，在下面会有解释 ndependencys就是用来说明要生成对应targets所需 要的文件或是目标，即由哪些源文件来生成targetsncommand就是make需要执行的命令（任意的Shell 命令），每一个命令必须以Tab键开始，不能用空格符 号替代它是用来说明如何生成targets每一次执行make命令时，如果dependencys中有一 个以上的文件比target文件要新的话，command所定义 的命令就会被系统执行，否则表示目标文件原来已经生成 ，并且是最新的，command命令不再执行Makefile文件示例 edit : main.o kbd.occ -o edit main.o kbd.o main.o : main.c defs.h cc -c main.c kbd.o : kbd.c defs.h command.h cc -c kbd.c clean : rm edit main.o kbd.omake工作原理 在默认的方式下，只要输入make命令就可以工作具体的处理 过程如下： (1)make会在当前目录下找文件名为“Makefile”或“makefile”的 文件。

(2)如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在 上面的例子中，它会找到“edit”这个文件，并把这个文件作 为最终的目标文件 (3)如果edit文件不存在，或是edit所依赖的后面的.o文件的修改 时间要比edit这个文件新，那么，就会执行后面所定义的命 令来生成edit这个文件 (4)如果edit所依赖的.o文件也不存在，那么make会在当前文件 中找目标为.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则 生成.o文件（这有点像一个堆栈的过程） (5)如果指定的C文件和H文件是存在的， 。