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
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。
Ø查看bash版本。
在shell提示符下输入:
$echo$BASH_VERSION
(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
Ø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。
Ø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:
Ø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:
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。
在内核源码中添加如下代码:
#include
asmlinkagelongsys_newcall(inti)
{
//printk("thisisasystemcallmadebyyourself\n");
return(i*10);
}
测试新的System_call
CODE:
vitest.c
Ø编程调用自己创建的系统调用。
测试:
CODE:
./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;//定义两个进程号变量
signal(3,stop);//或者signal(14,stop);
while((pid1=fork())==-1);//若创建子进程1不成功,则空循环
if(pid1>0){//子进程创建成功,pid1为进程号
while((pid2=fork())==-1);//创建子进程2
if(pid2>0){
wait_flag=1;
sleep(5);//父进程等待5秒
kill(pid1,16);//杀死进程1
kill(pid2,17);//杀死进程2
wait(0);//等待第1个子进程1结束的信号
wait(0);//等待第2个子进程2结束的信号
printf("\nParentprocessiskilled!
!
\n");
exit(0);//父进程结束
}
else{
wait_flag=1;
signal(17,stop);//等待进程2被杀死的中断号17
printf("\nChildprocess2iskilledbyparent!
!
\n");
exit(0);
}
}
else{
wait_flag=1;
signal(16,stop);//等待进程1被杀死的中断号16
printf("\nChildprocess1iskilledbyparent!
!
\n");
exit(0);
}
}
voidstop(){
wait_flag=0;
}
3.程序运行结果:
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;//定义两个进程变量
main(){
intfd[2];
charOutPipe[100],InPipe[100];//定义两个字符数组
pipe(fd);//创建管道
while((pid1=fork())==-1);//如果进程1创建不成功,则空循环
if(pid1==0){//如果子进程1创建成功,pid1为进程号
lockf(fd[1],1,0);//锁定管道
sprintf(OutPipe,"\nChildprocess1issendingmessage!
\n");//给Outpipe赋值
write(fd[1],OutPipe,50);//向管道写入数据
sleep(5);//等待读进程读出数据
lockf(fd[1],0,0);//解除管道的锁定
exit(0);//结束进程1
}
else{
while((pid2=fork())==-1);//若进程2创建不成功,则空循环
if(pid2==0){
lockf(fd[1],1,0);
sprintf(OutPipe,"\nChildprocess2issendingmessage!
\n");
write(fd[1],OutPipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{
wait(0);//等待子进程1结束
read(fd[0],InPipe,50);//从管道中读出数据
printf("%s\n",InPipe);//显示读出的数据
wait(0);//等待子进程2结束
read(fd[0],InPipe,50);
printf("%s\n",InPipe);
exit(0);//父进程结束
}
}
}
3.运行结果截图:
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:
Ø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。
Ø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。
Ø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:
Ø文件创建/删除接口命令create/delete
Ø目录创建/删除接口命令mkdir/rmdir
Ø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: