操作系统课内实验报告.docx

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操作系统课内实验报告

Documentserialnumber【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

操作系统课内实验报告

西安交通大学实验报告

操作系统实验报告

刘烜

乐享科技

计算机36班

操作系统实验

实验一：

用户接口实验

实验目的

1）理解面向操作命令的接口Shell。

2）学会简单的shell编码。

3）理解操作系统调用的运行机制。

4）掌握创建系统调用的方法。

操作系统给用户提供了命令接口和程序接口（系统调用）两种操作方式。

用户接口实验也因此而分为两大部分。

首先要熟悉Linux的基本操作命令，并在此基础上学会简单的shell编程方法。

然后通过想Linux内核添加一个自己设计的系统调用，来理解系统调用的实现方法和运行机制。

在本次实验中，最具有吸引力的地方是：

通过内核编译，将一组源代码变成操作系统的内核，并由此重新引导系统，这对我们初步了解操作系统的生成过程极为有利。

实验内容

1）控制台命令接口实验

该实验是通过“几种操作系统的控制台命令”、“终端处理程序”、“命令解释程序”和“Linux操作系统的bash”来让实验者理解面向操作命令的接口shell和进行简单的shell编程。

查看bash版本。

在shell提示符下输入：

$echo$BASH_VERSION

我们的版本是

（2）建立bash脚本，输出Helloword

在编辑器中输入以下内容

#!

/bin/bash

echoHelloWorld!

执行脚本使用指令：

$./script

编写bash脚本，统计/my目录下c语言文件的个数

通过bash脚本，可以有多种方式实现这个功能，而使用函数是其中个一个选择。

在使用函数之前，必须先定义函数。

进入自己的工作目录，编写名为count的文件脚本程序：

#!

/bin/bash

functioncount

{

echo–n"Numberofmatchesfor$1:

"#接收程序的第一个参数

ls$1|wc–l#对子程序的第一个参数所在的目录进行操作

}

将count文件复制到当前目录下，然后在当前目录下建立文件夹，在my目录下建立几个c文件,以便用来进行测试

2）系统调用实验

该实验是通过实验者对“Linux操作系统的系统调用机制”的进一步了解来理解操作系统调用的运行机制；同时通过“自己创建一个系统调用mycall（）”和“编程调用自己创建的系统调用”进一步掌握创建和调用系统调用的方法。

编程调用一个系统调用fork（），观察结果。

在应用程序中调用系统调用fork（）非常简单，下面的程序可以很清楚的显示出有fork（）系统调用生成了子进程，而产生的分叉作用：

#include<>

intmain（）

{

intiUid;

iUid=fork（）;

if（iUid==0）

for（;;）{printf（"Thisischildprocess.\n"）;

sleep

（1）;

}

if（iUid>0）

for（;;）{

printf（"Thisisparentprocess.\n"）;

sleep

（1）;

}

if（iUid<0）printf（"Cannotusesystemcall.\n"）;

return0;

}

程序运行结果：

编程调用创建的系统调用foo（），观察结果。

在内核源码中添加如下代码：

asmlinkageintsys_foo（intx）

{printf（“%d\n”,x）;

}

编程调用创建的系统调用foo（），观察结果。

#include<>

#include

_syscall1（char*,foo,int,ret）

main（）

{

intI,J;I=100;J=0;J=foo（I）;

printf（"Thisistheresultofnewkernel\n"）;

printf（"%d",j）;

}

重新编译内核，编译成功后的内核版本如下：

自己创建一个系统调用mycall（），实现功能：

显示字符串到屏幕上。

在内核源码中添加如下代码：

#include

asmlinkagelongsys_newcall（inti）

{

test

实验体会：

通过本次实验，我们理解了面向操作命令的接口Shell，学会了简单的shell编码，理解了操作系统调用的运行机制，掌握了创建系统调用的方法。

本次实验通过内核编译，将一组源代码变成操作系统的内核，并由此重新引导系统，这让我们初步了解了操作系统的生成过程。

实验二：

进程管理实验

实验目的

1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2）进一步认识并发执行的实质。

3）分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法。

4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。

进程是操作系统中最重要的概念，贯穿始终，也是学习现代操作系统的关键。

通过本次实验，要求理解进程的实质和进程管理的机制。

在Linux系统下实现进程从创建到终止的全过程，从中体会进程的创建过程、父进程和子进程的关系、进程状态的变化、进程之间的同步机制、进程调度的原理和以信号和管道为代表的进程间通信方式的实现。

实验内容

1）编制实现软中断通信的程序

1.实验原理：

使用系统调用fork（）创建两个子进程，再用系统调用signal（）让父进程捕捉键盘上发出的中断信号（即按delete键），当父进程接收到这两个软中断的某一个后，父进程用系统调用kill（）向两个子进程分别发出整数值为16和17软中断信号，子进程获得对应软中断信号，然后分别输出下列信息后终止：

Childprocess1iskilledbyparent!

!

Childprocess2iskilledbyparent!

!

父进程调用wait（）函数等待两个子进程终止后，输入以下信息，结束进程执行：

Parentprocessiskilled!

!

2.实验源码：

#include<>

#include<>

#include<>

#include

intwait_flag;

voidstop（）;

main（）{

intpid1,pid2;序运行结果:

或者多次运行，并且Delete键后，会出现如下结果：

4.简要原因分析：

上述结果中“Childprocess1iskilledbyparent!

!

”和“Childprocess2iskilledbyparent!

!

”相继出现，当运行几次后，谁在前谁在后是随机的。

这是因为：

从进程调度的角度看，子进程被创建后处于就绪态。

此时，父进程和子进程作为两个独立的进程，共享同一个代码段，分别参加调度、执行，直至进程结束。

但是谁会先被调度程序选中执行，则与系统的调度策略和系统当前的资源状态有关，是不确定的。

因此，谁先从fork（）函数中返回继续执行后面的语句也是不确定的。

2）编制实现进程的管道通信的程序

1.实验原理：

使用系统调用pipe（）建立一条管道线，两个子进程分别向管道写一句话：

Childprocess1issendingamessage!

Childprocess2issendingamessage!

而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。

要求：

父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。

2.程序源码：

#include<>

#include<>

#include<>

intpid1,pid2;行结果截图：

4.简要分析

管道，是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间信息的共享文件又称pipe文件。

向管道（共享文件）提供输入的发送进程（即写进程），以字符流形式将大量的数据送入管道；而接收管道输送的接收进程（读进程），可以从管道中接收数据。

为了协调双方的通信，管道通信机制必须提供以下3方面的协调能力：

互斥。

当一个进程正在对pipe进程读/写操作时，另一进程必须等待，程序中使用lock（fd[1],1,0）函数实现对管道的加锁操作，用lock（fd[1],0,0）解除管道的锁定。

同步。

当写进程把一定数量的数据写入pipe后，便去睡眠等待，直到读进程取走数据后，再把它唤醒。

当读进程试图从一空管道中读取数据时，也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将其唤醒。

判断对方是否存在。

只有确定写进程和读进程都存在的情况下，才能通过管道进行通信。

5）实验体会：

通过本次实验，我们理解了进程的实质和进程管理的机制。

进程是操作系统中最重要的概念，是现代操作系统的关键。

实验中我们在Linux系统下实现进程从创建到终止的全过程，体会了进程的创建过程、父进程和子进程的关系、进程状态的变化、进程之间的同步机制、进程调度的原理和以信号和管道为代表的进程间通信方式的实现。

实验三存储器管理实验

实验目的

1）理解内存页面调度的机理

2）掌握几种理论页面置换算法的实现方法

3）了解HASH数据结构的使用

4）通过实验比较几种调度算法的性能优劣

页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次实验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU、NRU和OPT几种经典页面置换算法的基础上，比较各种页面置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。

准备知识

（1）C++、指针、结构体（类）

（2）HASH表查找方式

（3）操作系统相关内存交换知识

（4）用到的LINUX函数

intgetpid（）获得当前进程的id

voidsrand（inta）以a为种子产生随机数

intrand（）根据前面的种子，返回一个随机数

实验内容

程序整体截图：

对比以下几种算法的命中率：

1）先进先出算法FIFO（FirstInFirstOut）

运行结果截图：

2）最近最少使用算法LRU（LeastRecentlyUsed）

运行结果截图：

3）最佳置换算法OPT（OptimalReplacement）

运行结果截图：

实验四文件系统实验

实验目的

1）掌握文件系统的工作机理。

2）理解文件系统的主要数据结构。

3）学习较为复杂的LINUX下的编程

实验内容

1）设计并实现一个一级（单用户）文件系统程序

a.提供以下操作：

文件创建/删除接口命令create/delete

目录创建/删除接口命令mkdir/rmdir

显示目录内容命令ls

b.创建的文件不要求格式和内容

2）设计并实现一个二级文件系统程序

a.提供用户登录；

b.文件、目录要有权限

3）程序设计思想

设计一个简单的文件系统，包括格式化、显示目录（文件）、创建文件、登录等几个简单命令的实现，而且能完成超级块的读写、节点的读写等过程。

这是一个比真正的文件系统简单得多、但又能基本体现文件系统理论的程序。

在超级块的使用上，采用操作系统关于这方面的经典理论：

在节点使用上，主要模仿LINUX的EXT2文件系统。

4）程序截图：

5）实验体会：

通过本次实验，我们理解了内存页面调度的机制，掌握了几种理论页面置换算法的实现方法，了解了HASH数据结构的使用。

页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，FIFO、LRU、NRU和OPT是几种经典页面置换算法，我们通过实现这几种算法，比较了较各种页面置换算法的效率及优缺点，从而了解了虚拟存储实现的过程。

程序源代码：

（部分源码截图）

存储器管理实验源代码部分截图：

文件系统实验源代码部分截图：