中国石油大学操作系统课程设计

中国石油大学（华东）操作系统课程设计

设计报告

中国石油大学（华东）计算机科学与技术学院

要求（本页打印）：

1、双面打印，内容篇幅不要过长（每个实验不要超过3页），禁止贴全部程序，只贴关键代码即可。

2、禁止抄袭

3、

4、

实验1：螺旋矩阵实验——Linux下的C编程一、实验情景描述

完成一个程序，要求输入两个数字即可形成相应的字母螺旋矩阵。

例如输入5，6，则程序会生成如下5行6列的矩阵，Z之后循环至A：

A B C D E F

R S T U V G

Q B C D W H

P A Z Y X I

O N M L K J

二、实验原理

完成程序ju.c,并用Makefile完成编译。

三、关键代码

Makefile如下

CC=gcc

OBJS=ju.o

EXEC=ju

all:$(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)

$(CC) -o $@ $(OBJS)

clean:

rm -f $(OBJS) $(EXEC)

ju.c部分代码如下

int total = 1;

char digit = 65;

x = 0, y = 0;

a[x][y] = 65;

while(total < m*n){

while(y+1

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[x][++y] = ++digit;

++total;

}

while(x+1

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[++x][y] = ++digit;

++total;

}

while(y-1>=0&&!a[x][y-1]){

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[x][--y] = ++digit;

++total;

}

while(x-1>=0&&!a[x-1][y]){

if(digit>=90)

{ digit = 64;}

a[--x][y] = ++digit;

++total; }}

四、实验结果

实验2：字符串对比实验——Linux下的C编程

一、实验情景描述

完成一个程序，输入两个字符串，判断其中一个字符串是否是另一个的子串，如果是则输出true，否则输出false。

二、实验原理

完成程序ju.c,并用Makefile完成编译。

CC=gcc

OBJS=mystring.o

EXEC=mystring

all:$(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)

$(CC) -o $@ $(OBJS)

clean:

rm -f $(OBJS) $(EXEC)

三、关键代码（包括截图）

Ju.c的部分代码如下：

int main()

{

char s1[N],s2[N];

gets(s1);

gets(s2);

if ( strstr(s1,s2) )

{

printf("true\n");

}

else

{

printf("false\n");

}

return 0;

}

四、实验结果及说明总结

实验3：界面编写实验——基于NCurses的文本界面

一、实验情景描述

将螺旋矩阵程序和字符串程序集成在基于Ncurse的文本界面上，对其进行实现。

二、实验原理

Ncurses是一个能提供功能键定义(快捷键),屏幕绘制以及基于文本终端的图形互动功能的动态库。其中，libncurses库用来在显示器上显示文本界面。

二、关键代码

部分代码如下：

int x=StartX,y=StartY,ch;

initial();

box(stdscr,0,0);

attron(A_REVERSE);

mvaddstr(0,20,"TCS NAS Server v1.13 by CyberAct");

attroff(A_REVERSE);

mvaddstr(6,19,"[*] juzheng");

mvaddstr(8,19,"[*] mystring");

mvaddstr(18,19,"[*] Exit");

move(y,x);

do

{

ch=getch();

switch(ch)

{

case KEY_UP :

if(y>=7) y=y-2;

else y=y;

break;

case KEY_DOWN :

if(y<=17) y=y+2;

else y=y;

break;

case '\r' :

if(y==18)

{

endwin();

exit(1);

}

else if(y==16) system("sudo -b /sbin/init 0"); else if(y==14) system("sudo -b /sbin/init 6"); else if(y==6)

{

endwin();

system("./ju");

}

else if(y==8)

{

endwin();

system("./mystring");

}

else if(y==10)

{

endwin();

clear();

}

else if(y==12)

{

endwin();

clear();

}

break;

case 27 :

endwin();

exit(1);

default :

break;

}

move(y,x);

}

while(1);

}

四、实验结果

实验4：脚本编写实验——批量建立和删除用户

一、实验情景描述

此shell程序实现给系统添加四个新组，每个组代表一个班级，每个班级中添加30个用户。

二、实验原理

Shell脚本以文本方式存储，并且必须通过Shell解释后才能够执行。Shell本身是一个程序，负责解释和执行用户输入的命令，也可以用来进行程序设计，它是用户和Linux系统交互的纽带。

因为Shell脚本是以文本方式进行存储的，所以可以用任何的文本编辑器来编辑。在文本中输入要执行的Shell命令或Linux命令并保存为一个新的文件。当要运行这个脚本时，可调用这个脚本来执行其中的所有指令。

三、关键代码

部分代码如下：

#!/bin/sh

for class in 1 2 3 4

do

for number in $(seq 01 30)

do

USERNAME=stu${class}${number}

useradd $USERNAME

chown -R $USERNAME /home/$USERNAME

done

done

四、实验结果

实验5：内核定制实验——FloppyLinux的实现

一、实验情景描述

使用软盘进行GRUB配置，之后使用make menuconfig进行内核配置，之后使用Busybox编译生成一个新的根文件系统，把这些整合到软盘中完成FloppyLinux。

二、实验原理

首先打开RedHat虚拟机，将老师给的busybox-1.00.tar.bz2文件拷贝到虚拟机中。

为虚拟机增加虚拟软盘

在软盘上安装引导器(grub)。

首先对软盘建立ex2文件系统,之后将系统中grub目录下的引导文件stage1，stage2复制到软盘最后配置grub信息

配置busybox相关选项

a.在根目录下新建floppylinux目录，floppylinux下再新建floppylinux，将

busybox-1.00.tar.bz2复制到第二个floppylinux下。

b.进入busybox-1.00文件夹

make menuconfig之后进入配置界面。

编译并安装busybox

建立临时目录，该目录为软盘的文件系统

建立设备列表

建立启动配置文件，之后建立连接文件menu.lst

制作镜像文件initrd.img，将先前做好的floppylinux根文件系统拷贝到ram1上。

检查initrd.img，用loop设备来把他重新挂载到文件系统里，之后压缩initrd.img镜像文件

查看压缩之后的大小，大约在403k左右

编译linux系统内核，完成配置，执行完毕之后会生成一个bzImage文件，大约在660k左右

整合启动盘，重启电脑，输入回车即可输入linux的命令，进入floppylinux。

三、关键代码

每一步骤的部分代码如下:

[root@localhost root]#mke2fs /dev/fd0

[root@localhost root]#mount /dev/fd0 /mnt/floppy

[root@localhost floppy]# mkdir boot

[root@localhost floppy]# mkdir boot/grub

[root@localhost floppy]# cp /boot/grub/stage1 /mnt/floppy/boot/grub/

[root@localhost floppy]# cp /boot/grub/stage2 /mnt/floppy/boot/grub/

[root@localhost floppylinux]# tar -xjvf busybox-1.00.tar.bz2

[root@localhost busybox-1.00]# make menuconfig

[root@localhost _install]# mkdir /floppylinux/floppylinux/floppyImage

[root@localhost floppyImage]# cp /floppylinux/floppylinux/busybox-1.00/_install/* /floppylinux / floppylinux/ floppyImage/ -r

[root@localhost floppyImage]# mkdir dev etc etc/init.d proc mnt tmp var

[root@localhost floppyImage]# chmod 755 dev etc etc/init.d bin mnt tmp var

[root@localhost floppyImage]# chmod 555 proc

[root@localhost etc]# vi inittab

inittab内容为:

::sysinit:/etc/init.d/rcS

::askfirst:/bin/sh

[root@localhost etc]# vi fstab

fstab内容为

proc /proc proc defaults 0 0

[root@localhost init.d]# vi rcS

rcS内容为:

#!/bin/sh

mount –a

[root@localhost grub]# vi grub.conf

grub.conf内容为:

timeout 0

default 10

title FloppyLinux

root (fd0)

kernel /boot/bzImage

initrd /initrd.img.gz

[root@localhost grub]# ln -s grub.conf menu.lst

四、实验结果

实验6：驱动程序实验——实现驱动程序插入内核并调用

一、实验情景描述

在其中编写驱动程序matrixdriver.c文件和Makefile文件。之后编译生成驱动程序模块。基于该驱动程序模块编写测试程序matrixtest.c文件。然后将驱动程序模块装入到目标开发板上，建立设备结点并连接，运行测试程序测试之。

设定驱动程序实现的字符设备，主设备号为111，此设备号为0。实现的功能是，将驱动程序和第二章的第三题结合起来。即测试程序输入两个数字，在驱动程序即可形成相应的字母螺旋矩阵。

二、实验原理

首先完成三个脚本的内容。分别编写matrixdriver.c、Makefile和matrixtest.c。其中matrixdriver.c 是驱动程序，matrixtest.c是测试程序。完成编写之后，执行make，生成驱动模块evan.o和可执行文件test_demo。之后首先在/dev目录下建立设备结点，并插入驱动模块。之后运行程序matrixtest。完成之后，卸载驱动模块，删除结点。

三、关键代码

matrixtest.c部分代码如下：

void showbuf(char *buf,int m,int n)

{

int i,j=0;

int a[1024][1024];

for(i=0;i

{

for(j=0;j

{

a[i][j]=buf[i*n+j];

}

}

for(i=0;i

{

for(j=0;j

{

printf(" %c ",a[i][j]); }

printf("\n");

}

}

Matrixdriver.c部分代码如下：

while(total < m*n){

while(y+1

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[x][++y] = ++digit;

++total;

}

while(x+1

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[++x][y] = ++digit;

++total;

}

while(y-1>=0&&!a[x][y-1]){ if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[x][--y] = ++digit;

++total;

}

while(x-1>=0&&!a[x-1][y]){

if(digit>=90){

digit = 64;

}

a[--x][y] = ++digit;

++total;

}

}

int i,j,k=0;

for(i=0;i

for(j=0;j

drv_buf[k++]=a[i][j];

}

static ssize_t evan_write(struct file *filp, char *buffer, size_t count)

{

int m,n;

copy_from_user(drv_buf,buffer,count);

m=(int)(drv_buf[0]);

n=(int)(drv_buf[1]);

solve(m,n);

return count;

}

static ssize_t evan_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count,loff_t *ppos) {

if (count>MAX_BUF_LEN) count=MAX_BUF_LEN;

copy_to_user(buffer,drv_buf,count);

printk("user read data from drivers!\n");

return count;

}

四、实验结果

实验7：进程汇总实验——创建、信号量机制和管道

一、实验情景描述

进程是在CPU及内存中运行的程序代码，是动态执行的代码。在一个操作系统中，每个正在运行的工作都可以称为进程（process）。它包括进程标识符和相关的数据，相关数据又包含进程变量、外部变量以及进程堆栈等。当一个进程启动之后，系统会指定一个唯一的数值来作为该进程的进程标识符，即PID。

二、实验原理

1.编写fork.c和Makefile文件。理解新进程的建立和消除zombie进程的过程。

2.编写signal.c和Makefile文件。理解kill函数和signal函数的用法，并且理解SIGALRM的用法。signal()：用来接收一个指定类型的信号，并调用相关的信号处理函数。

kill()：用来传送sig参数所指定的信号给pid参数所指定的进程。

3.管道（pipe）也是进程通信方式的一种。它用来连接一个进程的输入和另一个进程的输出，是一种单向的通信方式。

3.1编写pipe.c和Makefile文件。理解管道的建立，以及管道的特征和通信等内容。

pipe()：该函数运行之后会打开两个文件描述符。其中fd[0]用来读取，fd[1]用来写入。

如果pipe()函数运行成功，则返回0；如果发生错误，返回-1。

3.2编写popen.c和Makefile文件。理解高级管道的建立和使用。

popen()：建立一个管道。

如果函数运行成功，则返回文件指针；如果发生错误，返回NULL。

3.3编写fifo1.c、fifo2.c和Makefile文件。理解有名管道的建立和使用。

FIFO即有名管道。它可以在不相关的进程之间进行通信。因为它是通过系统中的文件进行通信，其他的进程只要知道FIFO文件名称，即可加入通信；另外FIFO可以同时具有多个读取端和写入端，多个进程可以同时写入同一个FIFO文件，多个进程也可以同时读取同一个FIFO文件

三、关键代码

部分代码如下：

process()

{

int x=StartX,y=StartY,ch;

initial();

box(stdscr,0,0);

attron(A_REVERSE);

mvaddstr(0,20,"process");

attroff(A_REVERSE);

mvaddstr(6,19,"[*] fork");

mvaddstr(8,19,"[*] signal");

mvaddstr(10,19,"[*] pipe");

mvaddstr(12,19,"[*] popen");

mvaddstr(14,19,"[*] fifo");

mvaddstr(16,19,"[*] Exit");

move(y,x);

do{

ch=getch();

switch(ch){

case KEY_UP : if(y==16) y=14;

else if(y==14) y=12;

else if(y==12) y=10;

else if(y==10) y=8;

else if(y==8) y=6;

else y=y;

break;

case KEY_DOWN : if(y==6) y=8;

else if(y==8) y=10;

else if(y==10) y=12;

else if(y==12) y=14;

else if(y==14) y=16;

else y=y;

break;

case '\r' :

if(y==16) {endwin();clear();main();}

if(y==6) { endwin();system("./fork");} if(y==8) {endwin();system("./signal");} if(y==10) {endwin();system("./pipe");} if(y==12) {endwin();system("./popen");} if(y==14) {endwin();system("./fifo1");} break;

case '\t' :

if(y==6) y=8;

else if(y==8) y=10;

else if(y==10) y=12;

else if(y==12) y=14;

else if(y==14) y=16;

else if(y==16) y=6;

break;

case 27 : endwin();clear();main();

default :

break;

}

move(y,x);

}while(1);

}

四、实验结果

实验8：线程操作实验——警察小偷的PV操作

一、实验情景描述

警察和小偷被手铐绑在一起，需要共同逃亡200m，手铐长度3m。使用基于Ncurse的文本界面显示警察与小偷的动态追逐效果。

二、实验原理

使用了进程互斥锁mutex，创建了两个进程void *thief(void *args)和void *police(void *args)，利用随机数种子产生1-6的随机数，即警察或小偷的一次最大前进距离为6米，假设其中一人落后3米，即可前进6米

三、关键代码

部分代码如下：

/**thief go first and police follow**/

void *thief(void *args)

{

int rand1;

while(1){

pthread_mutex_lock(&mutex);

srand((unsigned)time(NULL));/**随机种子**/

rand1=rand()%6+1;

if(my_thief-my_police<3)

{ //thief can run

if(my_thief+rand1

my_thief+=rand1;

else

my_thief=my_police+3;

}

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);

}

}

void *police(void *args)

{

int rand2;

while(1){

pthread_mutex_lock(&mutex);

srand((unsigned)time(NULL));/**随机种子**/

rand2=rand()%6+1;

if(my_police-my_thief<3){ //thief can run if(my_police+rand2

my_police+=rand2;

else

my_police=my_thief+3;

}

//printf("police:%d\n",my_police);

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);

}

}

int main()

{

pthread_t t1,t2;

pthread_create(&t1,NULL,thief,NULL);

pthread_create(&t2,NULL,police,NULL);

initscr();

crmode();

noecho();

int px,py;

px=0;py=0;

char ball1='p';

int tx,ty;

tx=0;ty=2;

char ball2='t';

while(1)

{

clear();

mvaddch(py,px,ball1);

mvaddch(ty,tx,ball2);

refresh();

px=my_police;

tx=my_thief;

if(my_police>=50 || my_thief>=50)

{

if(my_police>my_thief)

mvaddstr(14,16,"the first come is the police"); else