操作系统Linux课程实验报告.docx
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操作系统Linux课程实验报告.docx
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操作系统Linux课程实验报告
实验1.1、1.2LinuxUbuntu的安装、创建新的虚拟机VMWare
实验1.3Shell编程
1.实验目的与内容
通过本实验,了解Linux系统的shell机制,掌握简单的shell编程技巧。
编制简单的Shell程序,该程序在用户登录时自动执行,显示某些提示信息,如“WelcometoLinux”,并在命令提示符中包含当前时间、当前目录和当前用户名等基本信息。
2.程序源代码清单
#include
#include
intmain(){
printf("HelloLinux\n");
intpid;
intstate;
intpfd[2];
pipe(pfd);
if(fork()==0){
printf("Inthegrepprogress\n");
dup2(pfd[0],0);
close(pfd[0]);
close(pfd[1]);
execlp("grep","grep","sh",0);
perror("exelpgreperror");
}
esleif(fork()==0){
printf("Inthepsprogress\n");
dup2(pfd[1],1);
close(pfd[0]);
close(pfd[1]);
execlp("ps","ps","-ef",0);
perror("execlpps-ef");
}
close(pfd[1]);
close(pfd[0]);
wait(&state);
wait(&state);
}
实验2.3内核模块
实验步骤:
(1).编写内核模块
文件中主要包含init_clock(),exit_clock(),read_clock()三个函数。
其中init_clock(),exit_clock()负责将模块从系统中加载或卸载,以及增加或删除模块在/proc中的入口。
read_clock()负责产生/proc/clock被读时的动作。
(2).编译内核模块Makefile文件
#Makefileunder2.6.25
ifneq($(KERNELRELEASE),)
#kbuildsyntax.dependencyrelationshsipoffilesandtargetmodulesarelistedhere.
obj-m:
=proc_clock.o
else
PWD:
=$(shellpwd)
KVER?
=$(shelluname-r)
KDIR:
=/lib/modules/$(KVER)/build
all:
$(MAKE)-C$(KDIR)M=$(PWD)modules
clean:
rm-rf.*.cmd*.o*.mod.c*.ko.tmp_versions*.symvers*.order
endif
编译完成之后生成proc_clock.ko模块文件。
(3).内核模块源代码clock.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMODULE
#defineMODULE_VERSION"1.0"
#defineMODULE_NAME"clock"
structproc_dir_entry*my_clock;
intread_clock(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,
void*data){
intlen;
structtimevalxtime;
do_gettimeofday(&xtime);
len=sprintf(page,"%d%d\n",xtime.tv_sec,xtime.tv_usec);
printk("clock:
read_func()\n");
returnlen;
}
structproc_dir_entry*clock_proc_file;
intinit_clock(void)
{
clock_proc_file=create_proc_read_entry("clock",0,NULL,read_clock,NULL);
return0;
}
voidexit_clock(void)
{
remove_proc_entry("clock",clock_proc_file);
}
module_init(init_clock)
module_exit(exit_clock)
MODULE_LICENSE("GPL");
(4).编译内核模块
#make
(5).加载内核模块
在系统root用户下运行用户态模块命令装载内核模块
#insmodproc_clock.ko
(6).测试
在终端中输入以下命令:
#cat/proc/clock
(7).卸载内核模块
在系统root用户下运行用户态模块命令卸载内核模块
#rmmodproc_clock.ko
实验2.4系统调用
实验步骤:
(1).添加新调用的源代码
在./linux-2.6.33.7/arch/x86/kernel/sys_i386_32.c中添加相应的调用代码
asmlinkageintsys_xwlcall(structtimeval*tv)
{
structtimevalktv;
do_gettimeofday(&ktv);
copy_to_user(tv,&ktv,sizeof(ktv));
printk(KERN_ALERT"PID%ldcalledsys_xwlcall()./n",(long)current->pid);
return0;
}
(2).连接系统调用
a、修改./linux-2.6.33.7/arch/x86/include/asm/unistd_32.h,
在系统调用列表后面相应位置添加一行,这样在用户空间做系统调用时就不需要知道系统调用号了,如果在用户空间指明了调用号,就可以省略这一步,实际上我就没写:
#define__NR_xwlcall338
新增加的调用号位338
b、修改./linux-2.6.33.7/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S
在ENTRY(sys_call_table)清单最后添加一行,这步至关重要,338就是这里来的:
.longsys_xwlcall
(3).重建新的Linux内核
先安装好编译内核必要的软件包:
#sudoapt-getinstallbuild-essentialkernel-packagelibncurses5-dev
复制当前内核的配置文件
#cp/boot/config-`uname-r`./.config
保存配置文件
#sudomakemenuconfig
使用debian的的内核编译方法,要简单很多
#sudomake-kpkg-initrd--initrd--append-to-version=xwlcall
kernel_imagekernel-headers
运行以下deb包,安装内核镜像和模块:
linux-image-2.6.33.7xwlcall_2.6.33.7xwlcall-10.00.Custom_i386.deb
运行以下deb包,安装内核头文件:
linux-headers-2.6.33.7xwlcall_2.6.33.7xwlcall-10.00.Custom_i386.deb
运行以下命令,使内核启动时能调用模块,比如硬件驱动:
#sudoupdate-initramfs-c-k2.6.33.7xwlcall
此次编译的内核采用ubuntu默认配置文件,通用性非常好,可以拷贝到大部分x86机器上安装。
安装后系统自动会修改grub启动选单。
4.重建引导信息
a、安装deb包就自动重建引导信息了,无须另行处理。
b、如果仍然不放心,可以运行
#update-grub
5.重新引导从新的内核进入
6.修改系统调用表
7.测试
实验3.3Shell编程实验(进程管理实验)
1、实验目的
通过编写shell程序,了解子进程的创建和父进程与子进程间的协同,获得多进程程序的编程经验。
2、实验内容1
设计一个简单的shell解释程序,能实现基本的bsh功能。
3、实验原理
将每一条命令分子段压入argv栈。
然后再子进程中调用execvp()来实现该命令的功能。
4、代码(源代码清单)
#include
#include
#include
#defineBUFFERSIZE256
//最简单的shell,只是简单的执行命令调用,没有任何的其他功能
intmain()
{
charbuf[BUFFERSIZE],*cmd,*argv[100];
charinchar;
intn,sv,buflength;
intresult;
buflength=0;
for(;;){
printf("=>");
//处理过长的命令;
inchar=getchar();//读取命令
while(inchar!
='\n'&&buflength buf[buflength++]=inchar; inchar=getchar(); } if(buflength>BUFFERSIZE){ printf("Commandtoolong,pleaseenteragain! \n"); buflength=0; continue; } else buf[buflength]='\0'; //解析命令行,分成一个个的标记 //char*strtok(char*s,char*delim) //分解字符串为一组字符串。 s为要分解的字符串,delim为分隔符字符串。 cmd=strtok(buf,"\t\n"); if(cmd){ if(strcmp(cmd,"exit")==0)exit(0); n=0; argv[n++]=cmd; while(argv[n++]=strtok(NULL,"\t\n")); if(fork()==0){ execvp(cmd,argv); fprintf(stderr,"sxh: %s: commandnotfound.\n",buf);//如果子进程顺利执行,这段话是不会执行的 exit (1); } wait(&sv); buflength=0; } } } 实验内容2 编写一个带有重定向和管道功能的Shell 1.设计思路 通过fork()创建子进程,用execvp()更改子进程代码,用wait()等待子进程结束。 这三个系统调用可以很好地创建多进程。 另一方面,编写的Shell要实现管道功能,需要用pipe()创建管道使子进程进行通信。 2.源代码清单 #include #include #include #include #defineBUFFERSIZE256 //具有输入输出重定向的功能和管道功能 int main() { charbuf[256],*buf2,*cmd,*cmd2,*argv[64],*argv2[64],*infile,*outfile; charinchar; intn,sv,buflength,fd[2]; for(;;){ buflength=0; printf("=>"); inchar=getchar(); while(inchar! ='\n'&&buflength buf[buflength++]=inchar; inchar=getchar(); } if(buflength>BUFFERSIZE){ fprintf(stderr,"Commandtoolong,pleaseenteragain! \n"); buflength=0; continue; } else buf[buflength]='\0'; //检查是否具有管道操作符 //strstr()在字符串中查找指定字符串的第一次出现,buf2指向管道符号前端的命令 buf2=strstr(buf,"|"); if(buf2) *buf2++='\0'; else{ //否则查看是否具有重定向的操作符 infile=strstr(buf,"<"); outfile=strstr(buf,">"); if(infile){ *infile='\0'; infile=strtok(infile+1,"\t\n"); } if(outfile){ *outfile='\0'; outfile=strtok(outfile+1,"\t\n"); } } //解析命令行,分成一个个的标记 cmd=strtok(buf,"\t\n"); //执行管道命令 if(buf2){ if(strcmp(cmd,"exit")==0)exit(0); if(! cmd){ fprintf(stderr,"Commandtokenerror.\n"); exit (1); } n=0; //管道后端的命令 argv[n++]=cmd; while(argv[n++]=strtok(NULL,"\t\n")); //管道前端的命令 cmd2=strtok(buf2,"\t\n"); if(! cmd2){ fprintf(stderr,"Commandtokenerror.\n"); exit (1); } n=0; argv2[n++]=cmd2; while(argv2[n++]=strtok(NULL,"\t\n")); pipe(fd); if(fork()==0){ dup2(fd[0],0);//dup2复制文件句柄,将fd[0]复制到描述符0。 close(fd[0]);close(fd[1]); execvp(cmd2,argv2); fprintf(stderr,"**badcommand\n");exit (1); }elseif(fork()==0){ dup2(fd[1],1); close(fd[0]);close(fd[1]); execvp(cmd,argv); fprintf(stderr,"**badcommand\n");exit (1); } close(fd[0]); close(fd[1]); wait(&sv); wait(&sv); buflength=0; } //如果没有管道命令,如果有重定向就执行重定向操作,如果没有重定向就当作普通shell命令执行 else{ if(cmd){ if(strcmp(cmd,"exit")==0)exit(0); n=0; argv[n++]=cmd; while(argv[n++]=strtok(NULL,"\t\n")); if(fork()==0){ intfd0=-1,fd1=-1; if(infile)fd0=open(infile,O_RDONLY); if(outfile)fd1=open(outfile,O_CREAT|O_WRONLY,0666); if(fd0! =-1)dup2(fd0,0);//dup2复制文件句柄,将fd0复制到描述符0。 if(fd1! =-1)dup2(fd1,1);//dup2复制文件句柄,将fd1复制到描述符1。 close(fd0); close(fd1); execvp(cmd,argv); fprintf(stderr,"**Badcommand\n"); exit (1); } wait(&sv); buflength=0; } } }//for } 实验4.1观察实验(存储管理实验) 1.实验步骤 (1)、安装GDB (2)、编写观测程序 (3)、按照指令手册进行观察操作 2.观测程序源代码 #include #include charstr[50]="HelloLinux."; intmain() { intnum=10; while(num--){ printf("%s\n",str); } } //gcc-g-otestingtesting.c 3.实验结果及分析 (1).Gdb程序观察一个程序文件的内容和结构 结果截图: (2).GDB观察程序内存映象的内容和结构 (3).在Linux下,用free和vmstat命令观察内存使用情况 (4).在Linux下,查看/proc与内存管理相关的文件,并解释显示结果 实验5.1观察实验(进程通信) 在Linux下,用ipcs()命令观察进程通信情况,了解Linux基本通信机制 实验结果(截图): 实验6.3IO系统编程实验 1、实验目的 编写一个daemon进程,该进程定时执行ps命令,然后将该命令的输出写至文件F1尾部。 通过此实验,掌握LinuxI/O系统相关内容。 2、实验内容 编写一个daemon进程,该进程定时执行ps命令,然后将该命令的输出写至文件F1尾部。 3、实验原理 在这个程序中,首先fork一个子程序,然后,关闭父进程,这样,新生成的子进程被交给init进程接管,并在后台执行。 新生成的子进程里,使用system系统调用,将ps的输出重定向,输入到f1.txt里面。 4、实验步骤 编写daemon.c 代码如下: #include #include intmain(intargc,char*argv[]) { inti,p; p=fork(); if(p>0){ exit(0); } elseif(p==0){ for(i=0;i<100;i++){ sleep(100); system("ps>f1.txt"); } } else{ perror("Createnewprocess! "); } return1; } } 编译程序 #gcc-odaemondaemon.c 执行程序 #./daemon 实验7.1代码分析(文件系统管理实验) 1.实验目的 了解与文件管理有关的Linux内核模块的代码结构。 2.实验结果(源代码分析) A.创建文件模块分析 5780/*creatsystemcall*/ 5781Creat() 5782{ 5783resister*ip; 5784externuchar; 5785 5786ip=namei(&uchar,1); 5787if(ip==NULL){ 5788if(u.u_error) 5789return; 5790ip=maknode(u.u_arg[1]&07777&(~ISVTX)); 5791if(ip==NULL) 5792return; 5793open1(ip,FWRITE,2); 5794}else 5795open1(ip,FWRITE,1); 5796} 第5786: “namei”(7518)将一路径名变换成一个“inode”指针。 “uchar”是一个过程的 名字,它从用户程序数据区一个字符一个字符地取得文件路径名。 5787: 一个空“inode”指针表示出了一个错,或者并没有具有给定路径名的文件存在。 5788: 对于出错的各种条件,请见UMP的CREAT(II)。 5790: “maknode”(7455)调用“ialloc”创建一内存“inode”,然后对其赋初值,并使 其进入适当的目录。 注意,显式地清除了“粘住”位(ISVTX)。 B.删除文件rm模块分析 3510unlink() 3511{ 3512resister*ip,*pp; 3513externuchar; 3514 3515pp=namei(&uchar,2); 3516if(pp==NULL) 3517return; 3518prele(pp); 3519ip=iset(pp->dev,u.u_dent.u_ino); 3520if(ip==NULL) 3521panic(*unlink–iset*); 3522if((ip->i_mode%IFMT)==IFDIR&&! suser()) 3523gotoout; 3524u.u_offset[1]=-DIRSIZ+2; 3525u.ubase=&u.u_dent; 3526u.ucount=DIRSIZE+2; 3527u.u_dent.u_ino=0; 3528writei(pp); 3529ip->i_nlink--; 3530ip->i_flag=! IUPD; 3531 3532out: 3533iput(pp); 3534iput(ip); 3535
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