华中科技大学计算机学院操作系统课程设计报告Word文档下载推荐.docx

1、（2）了解Linux系统内核代码结构；（3）掌握实例操作系统的实现方法。2 课程设计环境搭建（1）windows 7上，利用虚拟机软件VMware软件搭建的linux平台： Ubuntu 11.10 （安装包：ubuntu-11.10-desktop-i386） 内核：linux-headers-3.0.0-12-generic （2）更改root登录： 在现阶段Ubuntu的系统中，是不允许直接以root身份登录系统的，但是在做课设的过程中，需要大量的使用root权限来进行命令的操作。如果以普通用户登录ubuntu，会连编辑一个文件都非常周折。为此，我找到了一种修改系统文件，以达到直接使用r

2、oot身份登录的方法： 开始的时候，只能以普通用户登录，用Ctrl+Alt+T打开终端： 初始化/修改root密码 sudo passwd root 用vi编辑器修改这个文件： sudo vi /etc/lightdm/lightdm.conf 在文件最后加入这么一行代码： greeter-show-manual-login=true 然后保存退出，sudo reboot 重启系统。之后就可以输入root用户登录。（3）在添加系统调用中用到的其他内核包： 下载和当前实验环境最为接近的系统版本（这点很重要） 使用apt-get install linux-source-3.0.0 命令， 下载结

3、果是linux-source-3.0.0.tar.bz2 解压命令：tar xjvf linux-source-3.0.0.tar.bz2 C /usr/src 解压后，在/usr/src目录下得到内核文件夹linux-source-3.0.0（4）在调用linux图形库时需要安装GTK环境： 安装gcc/g+/gdb/make 等基本编程工具 apt-get install build-essential Tip：如果提示由于依赖项不能安装，需要使用apt的强化版aptitude，这个工具可以自动分析软件包依赖，系统一般不自带，需要先安装，具体过程是： apt-get install apt

4、itude aptitude install build-essential aptitude这个工具很强大，对于解决软件包安装时的依赖问题很有帮助。 安装 libgtk2.0-dev libglib2.0-dev 等开发相关的库文件： apt-get install gnome-core-devel 安装GTK核心组件： apt-get install libgtk2.0-dev 这个安装完成后，GTK环境就基本搭建成功，网上有些教程说要安装其他配置文件，经我亲测，发现只要安装libgtk2.0-dev这个包就能搞定。3 内容一：3.1 内容要求（1）编写一个C程序，实现文件拷贝功能（2）编

5、写一个C程序，使用Linux下的图形库，分窗口显示三个并发进程运行；3.2 设计过程及实现（1）文件拷贝： 文件的拷贝主要的思想就是利用文件指针操作，在两个文件之间进行按字符的fget和fput。从而完成整个文件的拷贝操作。在这个基本功能之外，需要增加程序的健壮性，具体有以下几个方面： 源文件是否存在且能读取数据；是否能创建目的文件，且能向里面写入数据；程序需要的argc参数个数是否满足要求； 基于以上几点和内容要求，主要的程序段如下：if（argc!=3） /判断参数个数是否为3 ，否则返回 printf（Error in argc!n）; return 0;if（ （fsource=fop

6、en（argv1,rb）=NULL ）Error in open source file! /判断源文件是否能打开和读出if（ （ftarget=fopen（argv2,wbError in open target file！ /判断目的文件时候能创建和写入while（c=fgetc（fsource）!=EOF） fputc（c,ftarget）; /按字符读取和写入数据 执行结果如下： 将source/source.txt文件拷贝到到target.txt,开始时如下图3-1所示：图3-1 复制开始前source/source.txt文件内容 利用mycopy程序复制，查看target.txt

7、文件复制结果如下图3-2所示：图3-2 复制后target.txt文件的具体内容（2）实现三个进程之间的并发程序： 这里需要用到课程实验时的fork（ ）程序以及GTK的图形显示。 基本fork（）程序，调用显示一个父进程和两个子进程的结构如下： if（pid_1=fork（）=0） printf（Child 1# is running.n /第一个子进程 Child 1# show（argc,argv,This is Child 1# /调用函数显示窗口 else if（pid_2=fork（）=0） printf（Child 2# is running.n /第二个子进程 Child 2#

8、 show（argc,argv,This is Child 2# /调用函数显示窗口 else Parent # is running.n /父进程 Parent # /由于父进程需要显示全部子进程PID，所以这里直接用参数画窗口调用GTK显示窗体函数模块的结构：void show（int argc,char *argv ,char *title ） gtk_init （&argc, &argv）; /初始化工具包并且获取命令行参数; window = gtk_window_new （GTK_WINDOW_TOPLEVEL）; /创建新的窗口; /设定窗口的位置; gtk_window_set

9、_position（GTK_WINDOW（window）, GTK_WIN_POS_CENTER）; /监听窗口的destroy事件;g_signal_connect （G_OBJECT （window）, destroy, G_CALLBACK （destroy_progress）, NULL）; gtk_window_set_title （GTK_WINDOW （window）, title）;/用来设定更改窗口标题; gtk_container_set_border_width （GTK_CONTAINER （window）, 20）;/设定宽度; /使用gtk_vbox_new函数建立

10、纵向组装盒; /为了显示构件，必须将构件放入组装盒中,并将组装盒放在窗口内; vbox = gtk_vbox_new （FALSE, 10）; gtk_container_set_border_width （GTK_CONTAINER （vbox）, 100）; gtk_container_add （GTK_CONTAINER （window）, vbox）; gtk_widget_show （vbox）; /使用gtk_box_pack_start函数将构件放到组装盒中; sprintf （id_char, %s ,My ID:%d, title,getpid （）; /显示PID号 lab

11、el = gtk_label_new （id_char）; gtk_box_pack_start （GTK_BOX （vbox）, label, FALSE, FALSE, 10）; gtk_widget_show （label）;父进程ID:, getppid （）; /显示PPID号 button = gtk_button_new_with_label （close /关闭窗口按钮 /信号登记函数,监听按钮的clicked事件。 /当窗口clicked时， gtk_widget_destroy 就会被调用。 /而 gtk_widget_destroy 函数又调用 gtk_main_quit

12、（） 结束程序运行。 g_signal_connect_swapped （G_OBJECT （button）, clicked, G_CALLBACK （gtk_widget_destroy）, window）; gtk_box_pack_start （GTK_BOX （vbox）, button, FALSE, FALSE, 10）; GTK_WIDGET_SET_FLAGS （button, GTK_CAN_DEFAULT）; gtk_widget_grab_default （button）; /函数显示窗口中的组件 gtk_widget_show （button）; gtk_widget

13、_show （window）; /准备将窗口和所有的组件显示在屏幕上，函数必须在GTK程序的最后调用. gtk_main （）; 编译代码forkgtk.c，运行； 编译命令为：gcc -o forkgtk forkgtk.c pkg-config -cflags -libs gtk+-2.0 程序运行结果如下图3-3所示：图3-3 三个并行显示窗口4.1 内容要求（1）采用编译内核的方法，添加一个新的系统调用。（2）编写一个应用程序，测试新添加的系统调用。（3）系统调用的功能：文件拷贝。4.2 设计过程及实现 在这一个部分，投入了比较多的时间。总结起来，主要有这么几个方面：linux内核版本

14、的不同，linux2.X和linux3.X直接添加系统调用和重新编译内核的方法有差异，甚至linux2.X之间，内核文件也有变化。再加上相关资料的步骤和方法不尽相同，甚至还有互斥的步骤，这就使得这个推进比较漫长。我之前的Ubuntu版本是13.04，后来发现因为是64位的，行不通，只好换了一个低版本的Ubuntu11.10,经过自己的实际工作，下面是在运行成功之后，总结的一个过程。（环境和内核配置见本报告第二部分）（1）修改Makefile文件，修改系统版本后缀：如下图4-1所示：这里加的是本人的姓名的首字母，以示区分。图4-1 修改Makefile文件版本（2）修改/usr/src/ lin

15、ux-source-3.0.0/kernel/目录下的sys.c文件，在最后加入新的系统调用，拷贝函数实现。如下所示：asmlinkage int sys_zcycopyfile（const char* s_file, const char* t_file） const int BUF_SIZE = 512; int fin,fout; char bufBUF_SIZE; int copy_count; mm_segment_t fs; /段操作的初始化 fs = get_fs（）; set_fs（get_ds（）; /* 系统调用打开源文件，若失败，返回-1 */ if （fin = sys

16、_open（s_file,O_RDONLY,S_IRUSR） = -1） return -1; printk（Error in oen source file! /* 系统调用创建并打开目标文件，若失败，返回-2 */ if （fout = sys_open（t_file,O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,S_IRUSR | S_IWUSR） = -1） return -2;Errod in open target file! while（copy_count=sys_read（fin,buf,BUF_SIZE） /* 拷贝文件，若失败，返回-3 */ if （copy_c

17、ount = -1 | sys_write（fout,buf,copy_count） = -1） return -3;Error in copy file! set_fs（fs）; /* 段操作结束 */ （3）修改/usr/src/ linux-source-3.0.0/arch/x86/include/asm/文件夹下面头文件：unistd_32.h，在文件的系统调用号部分添加一个新的系统调用,具体添加行如下： #define _NR_sys_zcycopyfile 347同时把下面的总调用号加1，变成348。具体截图如下图4-2所示。图4-2 添加系统调用号（4）修改/usr/src/

18、linux-source-3.0.0/x86/kernel/syscall_table_32.s， 加入新的一行：.long sys_zcycopyfile /* 347 */ 具体实现如下图4-3所示：图4-3 填写系统调用入口表 当用户程序需要系统提供服务的时候，比如347号调用sys_zcycopyfile,就会通过系统调用产生一个int 0x80的软中断，就会进入到系统调用的入口函数，找到这个调用函数表查找入口函数，也就是这里的.long sys_zcycopyfile，进而在sys.c中找到具体的函数实现asmlinkage int sys_zcycopyfile（const cha

19、r* s_file, const char* t_file） ，从而实现系统调用。（5）配置内核：（先cd到下载的新的内核包） 净化解压后的源代码 make mrproper 安装ncurses环境： apt-get install libncurses5-dev ncurses是一个能提供基于文本终端窗口功能的动态库, 提供字符终端处理库，包括面板和菜单。 对内核选项进行配置 make menuconfig 执行命令之后，会弹出一个框，提示对内核裁剪或配置。这次用不到变化内核模块，直接用键盘方向键选项就行了。 建立模块间的依赖信息 make dep 这一步正常情况会提示用户多此一举 删除配置

20、时留下的一些不用的文件 make clean 这一步一般没动作，除非是失败后再次编译内核时要用到。（6）编译内核： 编译内核文件bzImage: make bzImage j9这一步耗费的时间比较长，所以加了一个 -j9，这种方法使用多线程编程，实际使用时发现能很大的提高效率。（这个视CPU而定，要看CPU最多支持几个线程）编译内核模块： make modules j9 （7）安装内核经过最麻烦的编译内核，接下来的安装内核就显得容易多了，输入命令 sudo make modules_install 安装内核模块 sudo make install 安装内核同样，如果嫌时间太慢的话，同样可以在最

21、后加上 j9 （8）环境修改： 接下来主要是将编译安装生成的操作系统让系统引导程序“知道”，具体过程如下图4-4所示：图4-4 环境修改具体如下： 复制内核到boot目录： cp arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-3.0.69.zcy 可利用Tab快速补全路径和文件，这样方便又不容易出错。 建立要载入ramdisk的映像文件 mkinitramfs 3.0.69.zcy -o /boot/initrd.img-3.0.69-zcy 更新启动项文件grub2.conf，直接输入命令update-grub2就行。（9）最后需要修改/boot/grub/ 目录

22、下 grub.cfg文件； 进入文件之后，按 Ctrl+F 查找 timeout ，将所有的timeout数值改为100；这个数值的单位是秒，这么做的目的是修改启动项的暂停时间，以便让用户有足够的时间选择要进入的操作系统。（10）重启，进入新系统：启动项如下图4-5所示：图4-5 系统启动项 原版本内核比新内核小，入口在Previous Linux version 目录下，如下图4-6所示：以上做的工作相当于在添加新的系统调用的同时还更新了系统。图4-6 旧的系统入口显示（11）进入新系统之后，输入命令uname a / -r查看系统新版本：执行情况如下图4-7所示。可知已经成功的进入到修改后

23、的新内核3.0.69.zcy图4-7 显示新内核信息（12）编写测试程序zcopy.c，如下图4-8所示：图4-8 测试程序，检测新的第347号系统调用（13）编译运行，生成执行文件。然后看执行程序是否可以实现文件的拷贝，执行结果如下图4-9和图4-10所示，可看到已经成功的实现了预计的功能。图4-9 执行程序图4-10 程序执行显示结果5.1 内容要求（1）采用模块方法，添加一个新的设备驱动程序。（2）要求添加字符设备的驱动。（3）编写一个应用程序，测试添加的驱动程序5.2 设计过程及实现 （1）Linux内核中的设备驱动程序是一组常驻内存的具有特权的共享库，是低级硬件处理例程。对用户程序而

24、言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节，对各种不同设备提供了一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以象对其它文件一样对此设备文件进行操作。 Linux支持3种设备：字符设备、块设备和网络设备。 设备由一个主设备号和一个次设备号标识。主设备号唯一标识了设备类型，即设备驱动程序类型，它是块设备表或字符设备表中设备表项的索引。次设备号仅由设备驱动程序解释,一般用于识别在若干可能的硬件设备中，I/O请求所涉及到的那个设备。 一个典型的驱动程序,大体上可以分为这么几个部分: 注册设备： 在系统初启,或者模块加载时候,必须将设备登记到相应的设备数组,并返回设备的主设备号； 定义功能

25、函数： 对于每一个驱动函数来说，都有一些和此设备密切相关的功能函数。以最常用的块设备或者字符设备来说，都存在着诸如 open（）、read（）这一类的操作。当系统调用这些调用时，将自动的使用驱动函数中特定的模块。来实现具体的操作； 卸载设备： 在不用这个设备时,可以将它卸载，主要是从/proc 中取消这个设备的特殊文件。（2）编写Makefile文件如下：ifneq （$（KERNELRELEASE）,） obj-m := zcydriver.o /obj-m表示编译连接后将生成zcydriver.o模块elsePWD :=$（shell pwd） /PWD为当前目录KVER :=$（shel

26、l uname -r） /KVER为当前系统内核版本KDIR :=/lib/modules/$（KVER）/buildall: $（MAKE） -C $（KDIR） M=$（PWD） /调用内核模块编译clean:# rm -f *.cmd *.o *.mod *.ko rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions# $（MAKE） -C $（KDIR） M=$（PWD） cleanendif 调用Makefile文件之后，其具体过程如下： KERNELRELEASE是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量，在第一次读取执行此Makefile时，KERNELRELEASE没有被定义，所以make将读取执行else之后的内容； 如果make的目标是clean，直接执行clean操作，然后结束。 当make的目标为all时，-C $（KDIR）指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$（PWD） 表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。 当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被定义，内核的build程序Kbuild也被启动去解析kbuild语法的语句，make将继续读取else之前的内容。 else之前的内容为kbuild语法的语句，指明模块源码中各文件的依赖关