第一篇：操作系統課程設計
課程實驗報告
課程名稱：
操作系統原理課程設計
專業班級： 學
號： 姓
名 指導教師： 報告日期：
計算機科學與技術學院
目錄
1.實驗目的............................................................................................................................4 2.實驗環境..........................................................................................................................4 3.實驗內容..........................................................................................................................4 3.1 實驗一....................................................................................................................4 3.2 實驗二....................................................................................................................4 3.3 實驗三....................................................................................................................5 3.4 實驗四....................................................................................................................5 4.實驗設計..........................................................................................................................5 4.1 實驗一....................................................................................................................5 4.1.1 文件拷貝......................................................................................................5 4.1.2 并發進程分窗口顯示....................................................................................5 4.2 實驗二....................................................................................................................6.....................................................................................................................................6 4.3 實驗三....................................................................................................................6 4.4 實驗四....................................................................................................................7 5.實驗步驟..........................................................................................................................8 5.1 實驗一.............................................................................................................8 5.1.1 文件拷貝......................................................................................................8 5.1.2 并發進程分窗口顯示....................................................................................9 5.2 實驗二..................................................................................................................14 5.3 實驗三..................................................................................................................15 2 5.4 實驗四..................................................................................................................17 6.調試記錄........................................................................................................................19 7.心得體會........................................................................................................................21 8.程序清單........................................................................................................................22 8.1實驗一...................................................................................................................22 8.1.1 文件拷貝....................................................................................................22 8.1.2并發進程窗口顯示......................................................................................23 8.2實驗二...................................................................................................................33 8.3實驗三...................................................................................................................34 8.4實驗四...................................................................................................................38
1.實驗目的
（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。
2.實驗環境
本次課程設計采用的操作系統環境是Windows7、Ubuntu雙系統，Ubuntu系統版本為15.04，內核版本是Linux 3.19。
3.實驗內容
3.1 實驗一
1)編寫一個C程序，用fread、fwrite等庫函數實現文件拷貝功能。
2)編寫一個C程序，使用基于文本的終端圖形編程庫(curses)或圖形界面(QT/GTK），分窗口顯示三個并發進程的運行(一個窗口實時顯示當前時間，一個窗口實時監測CPU的利用率，一個窗口做1到100的累加求和，刷新周期分別為1秒，2秒和3秒)。
3.2 實驗二
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
3.3 實驗三
采用模塊方法，添加一個新的字符設備的驅動程序，實現打開/關閉、讀/寫等基本操作,編寫一個應用程序，測試添加的驅動程序。
3.4 實驗四
1)了解/proc文件的特點和使用方法。2)監控系統狀態，顯示系統部件的使用情況。
3)用圖形界面監控系統狀態，包括CPU和內存利用率、所有進程信息等(可自己補充、添加其他功能)。
4.實驗設計
4.1 實驗一
4.1.1 文件拷貝
實現文件拷貝功能需要使用的函數是fopen、fgetc、fputc,由命令行參數獲取2個文件名，根據其文件名和路徑分別打開該2個文件，設置循環，使用fgetc和fputc函數每次從源文件復制1個字節到目的文件，直到源文件指針到文件尾，實現文件拷貝操作。4.1.2 并發進程分窗口顯示
使用圖形界面GTK實現窗口的顯示，使用fork（）創建三個并發進程： pid=fork()：創建子進程。
返回值:0
從子進程返回 >0
從父進程返回
exit進程自我終止，進入僵死狀態 wait()等待進程終止(由父進程調用)exec()執行一個可執行程序(文件)。
4.2 實驗二
不同的Linux內核版本編譯內核和添加系統調用的方法不盡相同，在網上查閱了資料之后找到適合3.19版本內核的編譯方法。
所謂系統調用，即Linux內核中設置了一組用于實現各種系統功能的子程序，稱為系統調用，用戶可以通過系統調用命令在自己的應用程序中調用它們。其調用機制為：使用寄存器中適當的值跳轉到內核中事先定義好的代碼中執行：跳轉到系統調用的總入口system_call，檢查系統調用號，再查找系統調用表sys_call_table，調用內核函數，最后返回。
實驗二目的是更改內核中系統調用模塊，增加自定義函數實現文件拷貝功能。
4.3 實驗三
Linux設備驅動程序是一組常駐內存的具有特權的共享庫，是低級硬件處理例程，每個設備文件有兩個設備號，主設備號標識驅動程序，從設備號表示使用 6 同一個設備驅動程序的不同硬件設備。
設備驅動程序的功能包括：對設備初始化和釋放，把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據，讀取應用程序傳給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據，檢測和處理設備出現的錯誤。
Linux支持的設備包括三種：字符設備、塊設備和網絡設備。添加設備驅動程序大致需要以下幾個步驟：
1.注冊設備 2.定義功能函數 3.卸載設備
4.4 實驗四
proc文件系統特點：
1.進程文件系統和內核文件系統組成的復合體
2.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
3.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
4.系統信息：與進程無關，隨系統配置的不同而不同 5.進程信息：系統中正在運行的每一個用戶級進程的信息 其中各個文件保存的信息如下： /proc/cmd/line: 內核啟動的命令行 /proc/cpuinfo: CPU信息
/proc/stat: CPU的使用情況、磁盤、頁面、交換、所有的中斷、最后一次的啟動 7 時間等
/proc/meminfo: 內存狀態的有關信息
利用/proc文件獲取系統狀態信息，并通過GTK圖形化編程將系統信息以及通過這些信息計算得出的如CPU利用率、內存使用等通過窗口顯示出來。
5.實驗步驟
5.1 實驗一
5.1.1 文件拷貝
文件拷貝主要是利用文件指針操作，在源文件和目的文件之間進行字符的復制，拷貝之前要判斷源文件是否存在以及能否打開，這需要設置一個判斷語句，同時也要設置判斷語句判斷目的文件是否存在，若不存在需要能夠創建一個目的文件，最后執行循環拷貝。
步驟如下：
1.在Linux終端使用編譯命令：gcc mycopy.c-o mycopy產生可執行文件。2.創建源文件wangzihao目的文件shaochongjun。3.編輯源文件：
4.打開可執行程序：./mycopy wangzihao shaochongjun 5.查看目的文件發現已經實現拷貝：
6.若源文件不存在會報錯：
5.1.2 并發進程分窗口顯示
1.使用fork（）函數創建三個進程，使用exec函數族實現程序的調用：
2.調用創建窗口函數init_window()，將進程中的信息在窗口中顯示：
3.分別創建三個程序實現顯示系統時間、CPU利用率、累加求和功能：
4.運行結果如下：
5.2 實驗二
原內核版本：3.19.0 編譯新內核版本：3.19.8 1.下載內核并解壓
2.系統調用函數實現：修改kernel/sys.c文件，在文件的最后添加新的系統調用函數：sys_mycall(char* sourceFile,char* destFile)3.設置系統調用號：修改arch/x86/syscalls/syscall_32.tbl，在最后一行添加新的系統調用號
4.添加系統調用聲明到頭文件 ：~$ vi include/asm-generic/syscalls.h 在#endif前添
#ifndef sys_mycall asmlinkage long sys_mycall(long number);#endif
5.安裝基本編譯套件：apt-get install build-essential kernal-package libncurses5-dev fakeroot 6.配置內核：make menuconfig 7.編譯內核：make-j4 8.安裝內核：make modules_install make install 9.重啟進入新的內核
10.編寫測試程序測試新的系統調用：
測試結果如下：
5.3 實驗三
1.編寫Makefile文件：
2.編寫設備功能函數：(見程序清單)
3.設備加載：make clean make
加載模塊：insmod wzhdriver.ko
輸入 cat /proc/devices得 設備驅動的主設備號為:
加載 設備，分配設備號：mknod /dev/wzhdriver c 248 0
更改操作權限：chmod 666 /dev/wzhdriver 4.運行測試程序，結果：
5.4 實驗四
1系統信息頁：
2進程信息頁：
3內存資源頁：
6.調試記錄
1.在編譯gtk程序時，需要添加` pkg-config －－cflags--libs gtk+-3.0`.參數。2.實驗一程序過于簡單，健壯性不大。
3.由于一開始沒有加入刷新函數，導致實驗一顯示窗口數據不變化，在同學幫助下改正。
4.編譯內核占用大量時間后來發現在make后添加-j4可以大大提升速度。
7.心得體會
本次課程設計主要目的是熟悉Linux系統，掌握Linux操作系統的使用方法，了解Linux系統內核代碼結構，掌握實例操作系統的實現方法。由于剛開始接觸Linux，實驗的開始遇到了不少困難，GTK的安裝和使用花費了我不少時間，并行程序是操作系統課程學過的內容，主要難點是圖形化界面的設計。
實驗二是耗費時間最多的，由于每個版本的內核編譯方式不同，耗費了大量時間查找編譯內核的方法，同時編譯一次內核需要一個小時以上，不過皇天不負有心人最后我成功添加了系統調用。
添加設備驅動比較簡單，主要是了解了Linux設備驅動的原理，熟悉設備驅動的安裝過程。
分析/proc文件主要是搭建圖形化界面，在借鑒了網上資源設計的窗口之后，我設計了簡單的監控系統圖形界面，其中CPU利用率以及占用曲線等需要計算。通過本次實驗我學到了很多東西，熟悉了Linux系統的使用方法，對Linux系統內核代碼結構有了大致的了解，掌握了圖形化界面GTK的使用，總而言之本次試驗我獲益匪淺。
8.程序清單
8.1實驗一
8.1.1 文件拷貝 #include
if(argc!=3)
{ printf(“Error in argc!n”);return 0;
}
FILE * fsource=NULL;
FILE * ftarget=NULL;
if((fsource=fopen(argv[1],“rb”))==NULL)
{ printf(“Fail to open source file!n”);return 0;
}
if((ftarget=fopen(argv[2],“wb”))==NULL)
{ printf(“Fail to open target file!n”);22 return 0;
}
int c;
while((c=fgetc(fsource))!=EOF)
{ fputc(c,ftarget);
}
fclose(fsource);
fclose(ftarget);
return 0;} 8.1.2并發進程窗口顯示
主函數：
#include
if((time=fork())==-1){
}
if(time==0){ execlp(“./time”,0);printf(“fork errorn”);return-1;}else {
if((cpu=fork())==-1)//create cpu {
} if(cpu==0){ execlp(“./cpu”,0);printf(“fork errorn”);return-1;}else 24
{ if((sum=fork())==-1)//create sum
{
printf(“fork errorn”);
return-1;
}
if(sum==0)
{
execlp(“./sum”,0);
}else //father process
{
wait(&time);
wait(&cpu);
wait(&sum);
}
}
}
} 系統時間：
#include char t[50];GtkWidget *label;gettime(){ time_t timep; time(&timep); sprintf(t,“%s”,ctime(&timep));} void *thread(void * argc){ while(1){ gettime(); gtk_label_set_text(GTK_LABEL(label),t); sleep(1);} } int main(int argc, char *argv[]){ pthread_t id; int i,ret; ret=pthread_create(&id,NULL,(void *)thread,NULL);26 GtkWidget *vbox; GtkWidget *window; //定義一個組裝盒; /*初始化整個GTK+程序，是每一個GTK+程序必不可少的部分*/ gtk_init(&argc, &argv); /*這里生成了一個窗口構件——GtkWindow，GTK_WINDOW_TOPLEVEL包含窗口的標題欄和邊框，同意用窗口管理器來進行管理*/ window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), “time”); gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 300, 200); gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER); label = gtk_label_new(t); gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window), label); gtk_widget_show(label); /*開始顯示窗口*/ gtk_widget_show(window); gtk_main(); return 0;} CPU利用率： #include #include } float cpu(){ FILE* fp;char buf[128];char cpu[5];long int user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq;float usage;while(1){ } sleep(2);usage=cpu();sprintf(c,“the usage of cpu is %f %%”,usage);gtk_label_set_text(GTK_LABEL(label), c);28 fp=fopen(“/proc/stat”,“r”);if(fp==NULL)printf(“errorn”);long int all1,all2,idle1,idle2;float usage;fgets(buf,sizeof(buf),fp); sscanf(buf,“%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld”,cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq); sscanf(buf,“%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld”,cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iall1=user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;idle1=idle;rewind(fp);//second sleep(1);memset(buf,0,sizeof(buf));cpu[0]='
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