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核模块
实验步骤:
（1）.编写核模块
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）.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）.编译核模块
#make
（5）.加载核模块
在系统root用户下运行用户态模块命令装载核模块
#insmodproc_clock.ko
（6）.测试
在终端中输入以下命令：
＃cat/proc/clock
（7）.卸载核模块
在系统root用户下运行用户态模块命令卸载核模块
#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核
先安装好编译核必要的软件包：
#sudoapt-getinstallbuild-essentialkernel-packagelibncurses5-dev
复制当前核的配置文件
#cp/boot/config-`uname-r`./.config
保存配置文件
#sudomakemenuconfig
使用debian的的核编译方法，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'&&buflengthbuf[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'&&buflengthbuf[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容和结构
结果截图：
（2）.GDB观察程序存映象的容和结构
（3）.在Linux下，用free和vmstat命令观察存使用情况
（4）.在Linux下，查看/proc与存管理相关的文件，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系统相关容。
2、实验容
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}
新文件作为永久文件自动进入文件目录。
关闭文件
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