西安交通大学操作系统实验报告.docx
《西安交通大学操作系统实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西安交通大学操作系统实验报告.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
西安交通大学操作系统实验报告
操作系统实验报告
实验一：
用户接口实验
一．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。
二．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。
Ø查看bash版本。
Ø编写bash脚本，统计/my目录下c语言文件的个数
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。
Ø编程调用一个系统调用fork（），观察结果。
Ø编程调用创建的系统调用foo（），观察结果。
Ø自己创建一个系统调用mycall（），实现功能：
显示字符串到屏幕上。
Ø编程调用自己创建的系统调用。
三．实验步骤
系统调用实验：
1.首先将Linux-3.0.tar.bz2拷贝到/usr/src目录下
——命令：
cplinux-3.0.tar.bz2/usr/src/
2.打开终端，获得root权限
——命令：
sudo–s
3.进入/usr/src目录
——命令：
cd/usr/src
4.解压linux源码
——命令：
tarxvzflinux-3.0.tar.bz2
5.进入目录linux-3.0.5
——命令：
cdlinux-3.0
6.添加系统调用
——操作：
geditkernel/myservice.c在文本编辑器中添加
#include
#include
asmlinkagevoidsys_mycall（）
{
printk（KERN_INFO"Hello,world!
\n"）;
return;
}
7.修改kernel/Makefile添加生成myservice.c添加到Makefile的编译规则中：
obj-y+=myservice.o
8..修改arch/x86/include/asm/unistd_32.h，添加以下内容：
#define__NR_mycallSYS_ID
//SYS_ID表示新添加系统调用的调用号
并修改文件中的NR_syscalls，将其值增加1
9.修改arxh/x86/include/asm/syscalls.h添加以下内容：
asmlinkagevoidsys_mycall（）;
10.修改arch/x86/kernel/syscall_table_32.S，添加以下内容：
.longsys_mycall
11.配置内核（仅仅修改localversions即可）——命令：
makemenuconfig
12.编译内核——命令：
make–j4bzImage（开4个线程编译）
13.编译内核模块——命令：
make–j4modules
14.安装内核模块——命令：
makemodules_install
15.安装内核——命令：
makeinstall
16.重启系统，在系统选择页面选择进入自己编译的linux-3.0内核
17.在桌面建立测试的C程序test.c程序内容如下：
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
syscall（SYS_ID）;//SYS_ID表示新添加系统调用的调用号
return0;
}
18.编译程序——gcctest.c–oa.out
19.运行程序——./a.out
20.查看内核日志（printk的输出信息在内核日志中）：
dmesg
四．实验结果
1.成功完成内核编译的任务，结果显示图如下：
2.下图为添加系统调用结果
五．实验小结
这次实验的内核编译需要进行一系列比较花时间的操作过程，但同时也锻炼了实际动手能力，在实践中对于操作系统这门课有了进一步的了解。
同时，在本次实验中，学习了linux系统的使用方法，掌握了很多的基本命令，也明白了添加系统调用的方法，为以后的学习提供了很大的帮助。
实验四：
一个简单文件系统的实现
一．实验目的
1.熟悉Ext文件系统的原理
2.根据Ext文件系统的数据结构和构建方法，自行实现一个简单的内存文件系统
二．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：
a）文件创建/删除接口命令create/delete
b）目录创建/删除接口命令mkdir/rmdir
c）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
三．实验原理
Ext文件系统结构：
1.引导块BootBlock
每个硬盘分区的开头1024字节，即0byte至1023byte是分区的启动扇区。
存放由ROMBIOS自动读入的引导程序和数据，但这只对引导设备有效，而对于非引导设备，该引导块不含代码。
这个块与ext2没有任何关系。
2.超级块SuperBlock
每个分区均有一个superblock块，定义了文件系统的全局信息，包括块的大小，总块数，空闲块，索引结点数，各种位图和i节点表的地址和大小等信息。
3.数据块位图
这是ext2管理存储空间的方法。
即位图法。
每个位对应一个数据块，位值为0表示空闲，1表示已经分配。
数据块位图定义为一个块大小。
于是，一个组中的数据块个数就决定了。
假设块大小为b字节。
可以区别的块数为b*8个
4.数据块DataBlocks
每个组的数据最大个数是在块大小定义后就确定了的。
所以组容量也就确定了。
假设块大小为b字节。
那么组容量就确定为（b*8）*b 字节
若1块=4K，则组块大小=4K*8*4K=128M
5.inode位图
与数据块位图相似，用来表示索引结点是否已经被使用。
假设块大小为b字节，每个索引结点数据结构大小为128字节。
最多可以有b*8个索引结点，索引结点表需要占用的存储空间大小为（b*8）*128字节。
即（b*8）*128/b=8*128个块
6.inode表
索引结点表由若干个索引结点数据结构组成，需要占用若干个块。
Ext2中的每个索引结点数据结构大小为128字节。
每个索引结点即对应一个文件或是目录。
是对其除文件名（目录名）以外的所有属性的描述。
例如：
文件类型，文件创建时间，访问时间，修改时间，文件所占数据块的个数，指向数据块的指针。
其中，数据块指针是由15个元组的数据组成
四．实验步骤运行结果
1.根据要求编写源程序，实验源代码见附录1。
2.运行程序，运行结果如图：
1.根据提示输入help，结果如图：
2.输入ls列出根目录下的项目，然后创建文件目录c再输入ls观察是否创建成功：
5．进入文件目录c并在c中创建文件a
6．打开a，并读取a
7.关闭a
7.删除a
9.删除文件目录c
五.实验小结
本次实验要求建立一个文件系统，由于在专业课上的基本知识学习比较薄弱，所以参考了网上的一些代码，进行了一些修改后最后获得结果。
最后，也算完成了一个简单的文件系统，具备了题目中的要求。
但在以后的学习中，还要对这一方面的知识进行一些补充。
附录1：
实验源码：
#include
#include
#include
#include
#defineDATA_BLOCK263680//数据块起始地址
#defineBLOCK_SIZE512//块大小
#defineDISK_START0//磁盘开始地址
#defineBLOCK_BITMAP512//块位图起始地址
#defineINODE_BITMAP1024//inode位图起始地址
#defineINODE_TABLE1536//索引节点表起始地址
#defineINODE_SIZE64//structinode的大小
structgroup_desc{
charbg_volume_name[16];//卷名
unsignedshortbg_block_bitmap;//保存块位图的块号
unsignedshortbg_inode_bitmap;//保存索引结点位图的块号
unsignedshortbg_inode_table;//索引结点表的起始块号
unsignedshortbg_free_blocks_count;//本组空闲块的个数
unsignedshortbg_free_inodes_count;//本组空闲索引结点的个数
unsignedshortbg_used_dirs_count;//本组目录的个数
charbg_pad[4];//填充（0xff）
};
structinode{
unsignedshorti_mode;//文件类型及访问权限
unsignedshorti_blocks;//文件的数据块个数
unsignedlongi_size;//大小（字节）
unsignedlongi_atime;//访问时间
unsignedlongi_ctime;//创建时间
unsignedlongi_mtime;//修改时间
unsignedlongi_dtime;//删除时间
unsignedshorti_block[8];//指向数据块的指针
chari_pad[24];//填充（0xff）
};
structdir_entry{//目录项结构
unsignedshortinode;//索引节点号
unsignedshortrec_len;//目录项长度
unsignedshortname_len;//文件名长度
charfile_type;//文件类型（1:
普通文件，2:
目录..）
charname[9];//文件名
};
charBuffer[512];//针对数据块的缓冲区
chartempbuf[4097];//
unsignedcharbitbuf[512];//位图缓冲区
unsignedshortindex_buf[256];
shortfopen_table[16];//文件打开表
unsignedshortlast_alloc_inode;//最近分配的节点号
unsignedshortlast_alloc_block;//最近分配的数据块号
unsignedshortcurrent_dir;//当前目录的节点号
structgroup_descsuper_block[1];//组描述符缓冲区
structinodeinode_area[1];//节点缓冲区
structdir_entrydir[32];//目录项缓冲区
charcurrent_path[256];//当前路径名
unsignedshortcurrent_dirlen;
FILE*fp;
voidupdate_group_desc（）
{
fseek（fp,DISK_START,SEEK_SET）;
fwrite（super_block,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_group_desc（）//载入组描述符
{
fseek（fp,DISK_START,SEEK_SET）;
fread（super_block,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidupdate_inode_bitmap（）//更新inode位图
{
fseek（fp,INODE_BITMAP,SEEK_SET）;
fwrite（bitbuf,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_inode_bitmap（）//载入inode位图
{
fseek（fp,INODE_BITMAP,SEEK_SET）;
fread（bitbuf,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidupdate_block_bitmap（）//更新block位图
{
fseek（fp,BLOCK_BITMAP,SEEK_SET）;
fwrite（bitbuf,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_block_bitmap（）//载入block位图
{
fseek（fp,BLOCK_BITMAP,SEEK_SET）;
fread（bitbuf,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidupdate_inode_entry（unsignedshorti）//更新第i个inode入口
{
fseek（fp,INODE_TABLE+（i-1）*INODE_SIZE,SEEK_SET）;
fwrite（inode_area,INODE_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_inode_entry（unsignedshorti）//载入第i个inode入口
{
fseek（fp,INODE_TABLE+（i-1）*INODE_SIZE,SEEK_SET）;
fread（inode_area,INODE_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_dir（unsignedshorti）//更新第i个目录
{
fseek（fp,DATA_BLOCK+i*BLOCK_SIZE,SEEK_SET）;
fread（dir,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidupdate_dir（unsignedshorti）//载入第i个目录
{
fseek（fp,DATA_BLOCK+i*BLOCK_SIZE,SEEK_SET）;
fwrite（dir,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidreload_block（unsignedshorti）//载入第i个数据块
{
fseek（fp,DATA_BLOCK+i*BLOCK_SIZE,SEEK_SET）;
fread（Buffer,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
voidupdate_block（unsignedshorti）//更新第i个数据块
{
fseek（fp,DATA_BLOCK+i*BLOCK_SIZE,SEEK_SET）;
fwrite（Buffer,BLOCK_SIZE,1,fp）;
}
intalloc_block（）//分配一个数据块,返回数据块号;
{
unsignedshortcur=last_alloc_block;
unsignedcharcon=128;
intflag=0;
if（super_block[0].bg_free_blocks_count==0）
{
printf（"Thereisnoblocktobealloced!
\n"）;
return（0）;
}
reload_block_bitmap（）;
cur=cur/8;
while（bitbuf[cur]==255）
{
if（cur==511）cur=0;
elsecur++;
}
while（bitbuf[cur]&con）
{
con=con/2;
flag++;
}
bitbuf[cur]=bitbuf[cur]+con;
last_alloc_block=cur*8+flag;
update_block_bitmap（）;
super_block[0].bg_free_blocks_count--;
update_group_desc（）;
returnlast_alloc_block;
}
voidremove_block（unsignedshortdel_num）//删除一个block
{
unsignedshorttmp;
tmp=del_num/8;
reload_block_bitmap（）;
switch（del_num%8）//更改block位图
{
case0:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&127;break;
case1:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&191;break;
case2:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&223;break;
case3:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&239;break;
case4:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&247;break;
case5:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&251;break;
case6:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&253;break;
case7:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&254;break;
}
update_block_bitmap（）;
super_block[0].bg_free_blocks_count++;
update_group_desc（）;
}
//
intget_inode（）//分配一个inode,返回序号
{
unsignedshortcur=last_alloc_inode;
unsignedcharcon=128;
intflag=0;
if（super_block[0].bg_free_inodes_count==0）
{
printf（"ThereisnoInodetobealloced!
\n"）;
return0;
}
reload_inode_bitmap（）;
cur=（cur-1）/8;
while（bitbuf[cur]==255）
{
if（cur==511）cur=0;
elsecur++;
}
while（bitbuf[cur]&con）
{
con=con/2;
flag++;
}
bitbuf[cur]=bitbuf[cur]+con;
last_alloc_inode=cur*8+flag+1;
update_inode_bitmap（）;
super_block[0].bg_free_inodes_count--;
update_group_desc（）;
returnlast_alloc_inode;
}
//
voidremove_inode（unsignedshortdel_num）
{
unsignedshorttmp;
tmp=（del_num-1）/8;
reload_inode_bitmap（）;
switch（（del_num-1）%8）//更改block位图
{
case0:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&127;break;
case1:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&191;break;
case2:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&223;break;
case3:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&239;break;
case4:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&247;break;
case5:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&251;break;
case6:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&253;break;
case7:
bitbuf[tmp]=bitbuf[tmp]&254;break;
}
update_inode_bitmap（）;
super_block[0].bg_free_inodes_count++;
update_group_desc（）;
}
//dir
voiddir_prepare（unsignedshorttmp,unsignedshortlen,inttype）//新目录和文件初始化.and..
{
reload_inode_entry（tmp）;//得到新目录的节点入口地址
if（type==2）//目录
{
inode_area[0].i_size=32;
inode_area[0].i_blocks=1;
inode_area[0].i_block[0]=alloc_block（）;
dir[0].inode=tmp;
dir[1].inode=current_dir;
dir[0].name_len=len;
dir[1].name_len=current_dirlen;
dir[0].file_type=dir[1].file_type=2;
for（type=2;type<32;type++）
dir[type].inode=0;
strcpy（dir[0].name,"."）;
strcpy（dir[1].name,".."）;
update_dir（inode_area[0].i_block[0]）;
inode_area[0].i_mode=01006;//drwxrwxrwx:
目录
}
else
{
inode_area[0].i_size=0;
inode_area[0].i_blocks=0;
inode_area[0].i_mode=0407;//drwxrwxrwx:
文件
}
update_inode_entry（tmp）;
}
//
unsignedshortreserch_file（chartmp[9],intfile_type,unsignedshort*inode_num,unsignedshort*block_num,unsign
升级会员 