操作系统课程设计报告材料

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1、课程设计报课程名称：操作系统原理院 系：计算机科学与技术专业班级 ：CS140学 号：U201414姓 名：指导教师 ：完成时间：2017年3月11日_实用文档1 实验目的22 实验环境23 实验容.23.1 实验一 23.2 实验二 23.3 实验三 33.4 实验四 33.5 实验五（选做） 34 设计与实现34.1 实验一 34.2 实验二 64.3 实验三 94.4 实验四 115 心得体会 141 实验目的掌握Linux操作系统的使用方法；了解Linux系统核代码结构； 掌握实例操作系统的实现方法；2 实验环境本次课程设计采用的操作系统环境是 windowslO、Ubuntu双系统，

2、Ubuntu系统版 本号为16.04，核版本号为linux 444 ;前两个实验在当前Ubuntu环境下完成，后 两个实验在 win10 下虚拟机 VirtualBox 的 Ubuntu 15.10 （核为 linux4.2.0-42 ） 中 完成。3 实验容3.1实验一要求熟悉和理解Linux下的编程环境。（1）编写一个C程序，用fread、fwrite等库函数实现文件拷贝功能。（2） 编写一个 C程序，使用基于文本的终端图形编程库（curses）或图形界面 （QT/GTK，分窗口显示三个并发进程的运行（一个窗口实时显示当前时间，一个窗口 实时监测CPU的利用率，一个窗口做1到100的累加求

3、和，刷新周期分别为 1秒，2 秒和3秒）o3.2实验二要求掌握添加系统调用的方法，采用编译核方法，添加一个新的系统调用，实现文件拷贝的功能，另外编写一个应用程序，测试新增加的系统调用3.3实验三掌握增加设备驱动程序的方法。采用模块方法，添加一个新的字符设备驱动程序， 实现打开/关闭，读/写等基本操作。另外编写一个应用程序，测试新添加的驱动程序。3.4实验四要求理解和分析/proc文件。（1）了解/proc文件的特点和使用方法；（2）监控系统状态，显示系统部件的使用状态；（3） 用图形界面实现系统监控状态，包括CPU和存利用率、所有进程信息等（可自己 补充、添加其他功能）；3.5实验五（选做）要

4、求理解和掌握文件系统的设计方法（选做）。设计、实现一个模拟的文件系统。包括文件 /目录创建/删除，目录显示等基本功 能（可自行扩充文件读/写、用户登录、权限控制、读写保护等其他功能）。4 设计与实现4.1实验一4.1.1实验要求要求熟悉和理解Linux下的编程环境。4.1.2实验设计及调试（1）编写一个C程序，其容为实现文件拷贝的功能。这个实验的思路是声明两个文件指针*fp_read和*fp_write ，前者用来打开要读 的文件，后者打开要写的文件，再创建一个 1000个字节大小的缓冲区buff，然后 调用fread将容从文件1读到buff里，再调用fwrite 把容从buff写到文件2中。

5、这个实验重点要掌握fread和fwrite的使用方法，注意它们的参数和返回值。代码见附件中源码。实验结果如下图4.1 ：Lx1 1 it曲序用爭Ml i*li j Jx jfh i -|片dht/Latl | rill打卉悴RflE存篠打刑O +A歆丁一，.芒.语，玫若,电总总口啟劭,尽;E斗召-；机号翻?乞弓土后芒茨現 于咼术半中料Sbk罕出姫（Oil书。.81罕：（訝宇段去HIT）i.J* t臨口即讲梢五區 幢低同讲朗三乐 麗卓禹翊i）-，】-蕩文门坤嗣買 *FS南H 且看忘訝饰军*鬥本人祸笊味世餘方不肝李软饭 i/st-r-iafTWza卯注袒:曲诵，|平n靭 千万不能再m.嵐同字玮白】

6、乩拿細達皿艇 斗钿希惑右尸坤）-s.Htisa?.进讦辭后住化图4.1运行之前图运行./Iab1_1 text1.txt text2.txt后结果如下图 4.2 :JA 上貳 卜/W韜/p柞第翳jfa l） - Q打开R民打taEl.ciit (/Hi/IAfF If feft if-dj-ib 9 tide.fiRoj-仃ra桃衣国?：H 时氏诺，裁泊电爲吨日济庄制理址班召1*机严氐碰号序境豉见尹初it： m 画氐 政亀 电韋咚口測鉀nr毗h惦證底席号勻慕啟韭枣復* （任逛一门）子桎点（ftis-n）養靑舉日主r华中4fit光学岀耘1总谨书： *盖姦Br日为：华中*砸天字出畦査书：團下牛人證

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8、t 成功拷贝至text2.txt（2）编写一个C程序，本次实验使用的是图形界面 GTK分窗口显示三个并发进程的运行（一个窗口实时显示当前时间，一个窗口实时监测CPU的利用率，一个窗口做1到100的累加求和，刷新周期分别为1秒，2秒和3秒） 这个实验要用到gtk，首先要配置gtk，在终端中输入：sudo apt-get in stall libgtk2.0-dev涉及到3个进程的并发，所以要调用函数fork来创建3个进程。我的思路是在这3个进程中分别创建一个线程，去完成相应的功能：显示当前时间，监测CPU利用率，做累加求和。分别通过函数 void havetime（）、void cpu_usag

9、e（）、void add（）实现， 在main函数里，初步画出3个进程相应的界面。具体的是调用 gtk_window_new () 函数创建一个窗口、gtk_window_set_title () 设置窗口 标题、 gtk_window_set_position 设置窗口在屏幕的位置、gtk_label_new ()创建一个标签 用来显示文本、gtk_co ntai ner_add ()把标签添加到窗口中、 gtk_widget_show_all()来展示需要展示的控件。例如创建第一个线程：g_thread_create(GThreadFu nc)havetime, NULL, FALSE,

10、NULL);通过在线程havetime ()中实时更新标签label的容，然后在main ()中创建的 窗口中展示来完成所要求的功能。进程2和3所要求的功能也是通过这种方法实现。注意用到gtk的编译命令与以往不同，为：gcc -o lab1_2 lab1_2.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0代码见附件中的源码，实验结果如下图4.3 :图4.3运行结果图小插曲：在调用sprintf(s,CPU 利用率为f%,usage)想把利用率的“ %拷进缓冲区s后打印出来时，一个百分号是不能够打印出来的，要写两个%如想要打印两个,则要写4个%以此类推。4.2实验二4.2

11、.1实验要求要求掌握添加系统调用的方法，采用编译核方法，添加一个新的系统调用，实现 文件拷贝的功能，另外编写一个应用程序，测试新增加的系统调用。4.2.2实验设计及调试（1）下载一个核 https:/.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/ 下载 linux-444.tar.gz在/usr/src/目录下解压（用超级用户权限），（2）编写新的系统调用程序用户空间所使用的open、read、write、close函数此时对应核函数为sys_open、 sys_read、sys_write 、sys_close。首先通过sys_open（）打开源文件和目标文件，分别返回

12、文件描述符source和dest， 然后把当前的用户地址围保存在fs，再把当前存访问地址围设置为核的存地址访问围，再通过sys_read（）把源文件容写到buf，再用sys_write（）把buf容写到dest， 接着用sys_close（）来关闭文件，最后再把存访问地址围设置为用户的。保存fs是避 免使用的缓冲区超过了用户空间的地址围而报错。把自己写的这个系统调用程序添加至/usr/src/li nux-444/kernel目录下的sys.c最后。（3）添加系统调用号在 /usr/src/li nux-4.4.4/arch/x86/e ntry/syscalls目录下修改syscall_64

13、.tbl文件，添加一个自己的调用程序的系统调用号，我的之前用到了325好，所以添加326号，如下：326 com mon mysyscallsys_mysyscall（4）添加系统调用程序的声明目录下的syscalls.h最后加上自己添加的在/usr/src/li nu x-4.4.4/i nclude/l inux系统调用程序的声明如下：asmli nkage int sys_mysyscall(char* sourceFile,char* destFile);(5) 编译、安装核目录下对核选项进行配置:在 /usr/src/li nux-4.4.4sudo make menuconfig图

14、4.4核配置图选择save后退出接下来就是漫长的编译核了（ 4个线程跑会快一些）：sudo make -j 4大概1个小时左右编译完毕，再安装核：sudo make modules_i nstall / 安装核模块sudo make in stall / 安装核安装完毕后重启，在Ubuntu高级选项中进入新的核。(6) 编写系统调用测试程序#in clude #in clude int mai n()syscall(326,text1.txt,text2.txt); return 0;实验结果如下图4.5 :“*密tfljcu.cM： 4-/4H/HfF* K SH-Aiba i - m*niHoi1 r*in再hroj m#C5J螯宵期目为：半申礼行.k7=鞭为隹 * *.卑下十扎tt阳K（tt*D做字；（事宁肩屈斥|Hhi,旳弋可之胡三枫 區丰巧大矽 萍宜灯 耳研長习柘罚施人觉由弄旳斌弋郢廿不肝） fiftSSrr.乍永乐衣4代洋応 1 Tt?進行褊二ii :惦心再斗=n止也 2議tr不怖的”干万不能再翅百 找列学弄京自）- !-辛永予全冑三