操作系统课程设计实验报告(以Linux为例).doc

1、操作系统课程设计实验报告操作系统课程设计实验报告学号： 姓名： 苏州大学计算机科学与技术学院2014年9月目录目录1一、实验环境2二、实验报告总体要求2实验一编译Linux内核3实验二观察Linux行为7实验三进程间通信14一、实验环境Linux平台u 硬件平台：普通PC机硬件环境。u 操作系统：Linux环境，例如，红旗Linux或Red Hat Linux；启动管理器使用GRUB。u 编译环境：伴随着操作系统的默认gcc环境。u 工作源码环境：一个调试的内核源码，版本不低于2.4.20。二、实验报告总体要求在2013年11月25日前提交实验报告。实验报告至少要求包含以下内容：1. 引言：概

2、述本次实验所讨论的问题，工作步骤，结果，以及发现的意义。2. 问题提出：叙述本篇报告要解决什么问题。注意不可以抄写实验要求中的表述，要用自己的话重新组织我们这里所提出的问题。3. 解决方案：叙述如何解决自己上面提出的问题，可以用小标题3.1, 3.2等分开。这是实验报告的关键部分，请尽量展开来写。注意，这部分是最终课程设计的基本分的部分。这部分不完成，本课程设计不会及格。4. 实验结果：按照自己的解决方案，有哪些结果。结果有异常吗？能解释一下这些结果吗？同别人的结果比较过吗？注意，这部分是实验报告出彩的地方。本课程设计要得高分，应该在这部分下功夫。5. 结束语：小结并叙述本次课程设计的经验、教

3、训、体会、难点、收获、为解决的问题、新的疑惑等。6. 附录：加了注释的程序清单，注释行数目至少同源程序行数目比1：2，即10行源程序，至少要给出5行注释。实验一编译Linux内核实验时间6小时实验目的认识Linux内核的组成，掌握配置、编译、安装Linux内核的步骤。实验目标下载2.6.19或更新的Linux内核，配置该内核使其支持NTFS，并在新的内核中修改其版本为Linux NameTestKernel x.x.x，其中，Name是你的名字（汉语拼音）；x.x.x是新内核的版本号，最后在你的机器上编译安装这个新内核。背景知识参见Red Hat Enterprise Linux 4入门与提高

4、第20章。实验步骤1. 验证gcc的可用：在你自己的工作目录下，编译链接运行Hello World程序。2. 在http:/www.kernel.org上下载指定的内核，或者查找更新的稳定版内核并下载之。3. 准备相关工具。提示：如当前运行的Linux内核是基于2.4版本的，则需要更新以下软件：module-init-tools和mkinitrd。具体更新信息可参见下载内核源代码中的Documentation/Changes这个文件。4. 把源代码解压缩至/usr/src中，最终形成/usr/src/linux x.x.x/目录（x.x.x是新内核的版本号）。提示：这里的注意点是路径的选择，一

5、般要放在/usr/src/linux x.x.x/目录下面，以满足Makefile对路径设置的初始要求。5. 进入源代码的根目录（/usr/src/linux x.x.x），找到合适自己的内核配置方法，并按照实验目标对其进行配置。6. 修改 /usr/src/linux x.x.x/include/linux/version.h文件中的版本信息。注：如果没有这个文件，请执行命令：make include/linux/version.h7. 编译内核。8. 安装模块文件。9. 安装内核文件。10. 重新启动新内核。实验结果1. 实验步骤1中，编译链接运行程序你下达了哪些命令？2. 实验步骤2中，

6、你下载了哪个版本的内核文件？3. 实验步骤3中，你是否安装了相关工具？如安装，则写出安装过程。4. 实验步骤4中，你是用哪些命令解压缩内核文件的？5. 实验步骤5中，你用了哪种内核配置的方法？6. 你对实验步骤6中涉及的文件做了怎样的修改？7. 实验步骤7-9的过程，是否出现错误？如有，你是如何解决的？8. 观察你机器中GRUB的配置文件，它在安装完新内核后发生了哪些变化？9. 新内核启动过程是否成功？如有错误，是哪些错误？你是如何消错的？（如不够，可另附页）实验报告实验二观察Linux行为实验时间6小时实验目的学习Linux内核、进程、存储和其他资源的一些重要特征。实验目标编写一个程序使用/

7、proc机制检查反映机器平均负载、进程资源利用等方面的各种内核值。在得到内核状态之后，将所观察到的行为在屏幕上输出。背景知识Linux、Solaris和其他版本的UNIX提供了一种非常有用的检查内核状态机制，叫做/proc文件系统。这是可以用来完成本练习的关键机制。1. /proc文件系统/proc文件系统是一种操作系统机制，它的接口就像传统UNIX文件系统的一个目录（在根目录中）。可以改变到/proc正如改变到任何其他目录，例如，bash$ cd /proc使/proc作为当前目录。一旦把/proc作为当前目录，就可以用ls命令列出它的内容。其内容看起来像普通的文件和目录。但是，/proc或

8、者其子目录中的文件实际上是读取内核变量并以ASCII字符串方式报告它们的程序。这些例程中的一些仅在伪文件打开时读取内核表，而其他例程在每次文件被访问时读表。因此各种读函数的工作方式可能与预期的有所不同，因为它们并没有在真正操作文件。Linux提供的/proc实现可以读取很多不同的内核表。/proc中包含一些目录和文件，每个文件读取一个或多个内核变量。而具有数字名称的子目录包括更多的伪文件读取其进程ID和目录名相同的进程的有关信息。self目录包含了正在使用/proc进程的特定进程信息。/proc目录树的确切内容随Linux的版本而不同，所以必须对伪文件进行实验查看所提示的信息。/proc中的文

9、件可以像普通的ASCII文件一样进行读取。例如，向shell敲入以下命令：bash$ cat /proc/version将得到打印到stdout的类似下面的信息：Linux version 2.2.12 (gcc version egcs-2.91.6619990314/Linux (egcs-1.1.2 release) #1 Mon Sep 27 10:40:35EDT 1999为了读取一个伪文件的内容，可以打开文件然后使用stdio程序库中的例程如fgets()或者fscanf()来读取文件。所读的确切文件（和表）依赖于所使用的特定Linux版本。想要知道到底有些什么文件接口通过/pro

10、c对你可用，请查看系统上的proc使用手册页。2使用argc和argv在程序的B部分和C部分，需要从shell向程序传递参数。Linux中，C主程序依然可以采用argc和argv来传递参数。具体用法这里不再赘述。问题陈述1. 编写一个程序，通过检查内核状态报告Linux内核行为。程序在stdout上打印以下信息：l CPU类型和型号。l 内核版本l 从系统最后一次启动以来的时间，形式为dd:hh:mm:ss（例如，3天13小时46分32秒应该写出03:13:46:32）。2. 改写A部分程序，加入命令行参数，在stdout上再打印以下信息：l CPU花费在用户态、系统态和空闲态的时间。l 系统

11、接收到的磁盘请求。l 内核执行的上下文转换的次数。l 系统最后启动的时间。l 从系统启动开始创建的进程数。3. 改写B部分程序，根据不同的命令行参数，在stdout上再打印以下信息：l 计算机配置的内存数量。l 当前可用的内存数量。l 平均负载列表（至上一分钟的平均数）。该信息将使另外的程序可以查看各个时间的这些值，因此用户可以了解平均负载如何随时间间隔而变化。对于本程序，提供两个命令行参数：(1) 一个表明应该以什么样的频率从内核读取平均负载。(2) 一个表明应该以多长的时间间隔读取平均负载。A部分程序可以叫做ksamp，B部分程序ksamp s，C部分程序ksamp l 2 60，表示平均

12、负载观察将运行60秒，每隔2秒取样一次。为了观察系统上的负载，需要确保计算机正在做一些其他的工作而不是仅仅运行你的程序。例如，打开和关闭窗口、移动窗口，甚至在其他窗口运行一些程序。组织方案对于B部分和C部分，程序必须在命令行上有不同的参数。因此最先的动作之一应该是解析调用程序的命令行以确定通过argv数组传递到它的shell参数。可参考如下代码：int main( int argc, char *argv ) char repTypeName16;/ 决定报告类型reportType = STANDARD;strcpy( repTypeName, “Standard” );if ( argc

13、1) sscanf( argv1, “%c%c”, &c1, &c2 );if ( c1 != “-“ ) fprintf( stderr, “usage: observer -s -l int dur n” );exit(1);if ( c2 = s ) reportType = SHORT;strcpy( repTypeName, “Short” );if ( c2 = l ) reportType = LONG;strcpy( repTypeName, “Long” );internal = atoi( argv2 );duration = atoi( argv3 );在得到今天的当前时

14、间并打印出一个包含你所检查机器名字的问候之后，就完成了初始化工作。#include / 完成初始化gettimeofday( &now, NULL ); /得到当天时间printf( “Status report type %s at %sn”, repTypeName, ctime( &( now.tv_sec ) ) );/ 得到主机文件名并打印它thisPorcFile = fopen( “/proc/sys/kernel/hostname”, “r” );fgets( lineBuf, LB_SIZE+1, thisPorcFile );printf( “Machine hostnam

15、e: %s”, lineBuf );fclose( thisPorcFile );现在可以准备开始工作，也就是说，通过使用各种/proc文件开始读取内核变量。上述代码段包含一个如何读取/proc/sys/kernel/hostname文件的例子。可以用它作为原型通过读取其他的伪文件来完成练习，这需要对/proc进行一些探索以及在研究不同的目录时对各种伪文件进行检查。在C部分中将要计算平均负载。对于这个问题，代码需要睡眠一段时间，醒来后采样当前平均负载，然后再返回睡眠状态。这里是一段可以完成该工作的代码：while( iteration mtype = 1;sprintf(msg-mtext,

16、hello world);rc = msgsnd(queue_id, msg, strlen(msg-mtext)+1, 0);if (rc = -1) perror(main: msgsnd);exit(1);(4) 系统调用msgrcv()一旦消息队列中有消息了，进程就可以从队列中获得消息，可以使用系统调用msgrcv()来完成这个功能：ssize_t msgrcv(int msqid, struct msgbuf * msgq, size_t msgsz, long msgtype, int msgflg);显然，第一个参数是用来指定在消息获取过程中所使用的队列的。第二个参数代表消息缓冲

17、区变量的地址，获取的消息存放在这里。第三个参数代表消息缓冲区结构的大小，不包括mtype成员的长度，可以使用下面的公式来计算大小：msgsz = sizeof(struct mymsgbuf) sizeof(long);第四个参数指定要从队列中获取的消息的类型。内核将查找队列中具有匹配类型的最老的消息，并把它的一个拷贝返回到由msgp变量指定的地址中。如果把IPC_NOWAIT作为一个参数传递给msgflg，而队列中没有任何消息。则该次调用会向调用进程返回ENOMSG。否则，调用进程将阻塞，直到满足msgrcv()参数的消息到达队列为止。下面是一段示例程序：/申请消息缓冲区msg = (str

18、uct msgbuf*)malloc(sizeof(struct msgbuf)+MAX_MSG_SIZE);/读取消息队列中的数据rc = msgrcv(queue_id, msg, MAX_MSG_SIZE+1, msg_type, 0);if (rc = -1) perror(main: msgrcv);exit(1);实验步骤本实验可以创建三个进程，其中，一个进程为裁判进程，另外两个进程为选手进程。可以将“石头、剪子、布”这三招定义为三个整型值。胜负关系：石头剪子布石头。选手进程按照某种策略（例如，随机产生）出招，交给裁判进程判断大小。裁判进程将对手的出招和胜负结果通知选手。比赛可以采

19、取多盘（盘）定胜负，由裁判宣布最后结果。每次出招由裁判限定时间，超时判负。每盘结果可以存放在文件或其他数据结构中。比赛结束，可以打印每盘的胜负情况和总的结果。1设计表示“石头、剪子、布”的数据结构，以及它们之间的大小规则。2设计比赛结果的存放方式。3选择IPC的方法。4根据你所选择的IPC方法，创建对应的IPC资源。5完成选手进程。6完成裁判进程。以下要求选作7. 决出班级的前三甲，与另外班级的前三甲比赛，决出年级冠军。8. 如果有兴趣，再把这个实验改造成网络版。即在设计时就要考虑层的封装。实验结果1. 请写出实验步骤1的数据结构。2. 请写出实验步骤1的大小规则。3. 请写出实验步骤2的数据结构。4. 实验步骤3中，你所选择的IPC方法是什么？5. 在实验步骤3中你为何选择该方法？6. 实验步骤3，如果选择消息队列机制，请描述消息缓冲区结构。7. 在实验步骤4中，你是如何创建IPC资源的？8. 请描述实验步骤5中程序主要流程或关键算法。9. 请描述实验步骤6中程序主要流程或关键算法。10. 实验部分结果的展示。（如不够，可另附页）实验报告21