华科操作系统课设报告

华中科技大学操作系统课程设计实验报告

专业：计算机科学与技术

班级：1101

姓名：许阳

学号：U201014241

一、实验目的

掌握Linux操作系统的使用方法；

了解Linux系统内核代码结构；

掌握实例操作系统的实现方法。

二、实验要求

1、掌握Linux操作系统的使用方法，包括键盘命令、系统调用；掌握在Linux

下的编程环境。

●编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能；

●编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结

果。要求用到Linux下的图形库。

2、掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用。

另编写一个应用程序，调用新增加的系统调用。

实现的功能是：文件拷贝；

3、掌握增加设备驱动程序的方法。通过模块方法，增加一个新的设备驱动

程序，其功能可以简单。

实现字符设备的驱动；

4、了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法

●了解/proc文件的特点和使用方法

●监控系统状态，显示系统中若干部件使用情况

●用图形界面实现系统监控状态。

5、设计并实现一个模拟的文件系统（选作）

三、实验一

1、编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能

要实现文件拷贝功能，主要用到的函数是open、write、read。

以前在windows下写C语言打开文件常用的fopen，此时不能用，因为fopen是ANSIC标准中的C语言库函数，在不同的系统中应该调用不

同的内核api ；所以应该直接使用linux中的系统函数open。

主要用到的头文件：

Unistd.h \\包含了许多Linux系统服务的函数原型，如:read、write

Fcntl.h \\定义了很多宏和open,fcntl函数原型

Stdio.h \\标准输入输出头文件

sys/types.h \\此头文件包含适当时应使用的多个基本派生类型sys/stat.h \\包含了获取文件属性的一些函数

errno.h \\用于调试错误代码是所需要的一些errno变量

string.h \\包含了处理字符串的一些函数

设计思路：由命令行参数获取2个文件名，根据其文件名和路径分别打开该2个文件，设置一个循环，从源文件复制N个字节到目的文件，直到源文件指针到文件尾，最后关闭2个文件。

在可能出错的地方需要加上相应的报错代码和中断，并输出错误信息，以方便调试或是往后应用在第2小题中可能发生的错误。

理清楚设计思路后，根据需求写出相应的源代码见后页源程序代码scopy.c；在Linux终端使用编译命令gcc –o scopy scopy.c将程序编译并生产exe可执行文件。

然后手动创建一个测试文件test.txt ，在终端输入命令

./scopy test.txt target.txt

这样就能将源文件test.txt复制到目标文件target.txt

程序源代码scopy.c：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define BUFFER_SIZE 1024 //缓冲区大小

int main(int argc,char **argv)

{

int from_fd,to_fd;

int bytes_read,bytes_write;

char buffer[BUFFER_SIZE]; //设定一个缓冲区

char *ptr;

if(argc!=3) //三个参数

{

fprintf(stderr,"Usage:%s fromfile tofile\n\a",argv[0]);

return(-1);

}

/* 打开源文件*/

if((from_fd=open(argv[1],O_RDONL Y))==-1)

{

fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[1],strerror(errno));

return(-1);

}

/* 创建目的文件*/

if((to_fd=open(argv[2],O_WRONL Y|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1) {

fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[2],strerror(errno));

return(-1);

}

while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE))

{

/* 出错*/

if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR)) break;

else if(bytes_read>0)

{

ptr=buffer;

while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read))

{

/* 出错*/

if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break;

/* 写完了所有读的字节*/

else if(bytes_write==bytes_read) break;

/* 只写了一部分,继续写*/

else if(bytes_write>0)

{

ptr+=bytes_write;

bytes_read-=bytes_write;

}

}

/* 写的时候出错*/

if(bytes_write==-1)break;

}

}

close(from_fd);

close(to_fd);

return(1);

}

2、编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要

求用到Linux下的图形库。

安装Linux下的GTK+：

首先要在Linux下载GTK+相关库文件并安装。

在终端输入sudo apt-get install gnome-core-devel ，然后根据提示操作，就会安装libgtk2.0-dev libglib2.0-dev 等开发所需的相关库文件。

$sudo apt-get install build-essential

$sudo apt-get install gnome-core-devel

$sudo apt-get install pkg-config

$sudo apt-get install libgtk2.0*

编译GTK+代码时需要包含的头文件是gtk/gtk.h，此外，还必须连接若干库；比如编译test.c时用以下命令。

gcc –o test test.c `pkg-config --cflags --libs gtk+-2.0`

在编写代码时需要用到的控件、窗口等视窗物件形态，用类GtkWidget 定义其为指针类型。

编写一个GTK+程序的基本步骤如下：

●初始化Gtk

●建立控件

●登记消息与消息处理函数

●执行消息循环函数gtk_main()

之后所设计的3个进程，基本上都是以这样的方式编写代码的，因为之前曾用过OpenGL，所以在这方面掌握的比较快。

初始化主要使用的函数有

gtk_init(&argc,&argv); //启动GTK

gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); //创建窗口

gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window),"标题名"); //设置窗口标题名

gtk_widget_set_usize(window, 200, 200); //设置窗口大小

gtk_widget_show(window); //显示窗口

建立控件的一般流程

/*创建表格准备封装*/

gtk_table_new ( //创建多少列

gint rows, //创建多少栏

gint columns, //用来决定表格如何来定大小

gint homogeneous);

/*这个函数是将表格table，结合到窗口window里*/

gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window),table);

gtk_widget_show(table); // 显示该表格

/*要把物件放进box中，可用以下函数*/

void gtk_table_attach_defaults (

GtkTable*table, //参数("table")是选定某表格

GtkWidget*widget, //("child")是想放进去的物件

gintleft_attach, //以下参数是指定把物件放在哪里, 及用多少个boxes

gintright_attach,

ginttop_attach,

gintbottom_attach);

实验截图：

实验源代码：process.c:

#include

#include

#include

gint progress_timeout( gpointer pbar )

{

gdouble new_val;

char s[10];

new_val = gtk_progress_bar_get_fraction (GTK_PROGRESS_BAR (pbar)) +

0.01;

if (new_val > 1.0)

new_val = 0.0;

sprintf (s, "%.0f%%", new_val*100);

gtk_progress_bar_set_fraction (GTK_PROGRESS_BAR (pbar), new_val);

gtk_progress_bar_set_text (GTK_PROGRESS_BAR (pbar),s);

return TRUE;

}

void destroy_progress( GtkWidget *widget)

{

gtk_main_quit ();

}

void show(int argc,char *argv[],char *title )

{

GtkWidget *window;

GtkWidget *vbox;

GtkWidget *pbar;

GtkWidget *pbar2;

GtkWidget *button;

GtkWidget *label;

int timer;

char id_char[50];

gtk_init (&argc, &argv);

window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

gtk_window_set_resizable (GTK_WINDOW (window), TRUE);

gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window),

GTK_WIN_POS_CENTER);

g_signal_connect (G_OBJECT (window), "destroy", G_CALLBACK (destroy_progress), NULL);

gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (window), title);

gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window), 0);

vbox = gtk_vbox_new (FALSE, 10);

gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (vbox), 10);

gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), vbox);

gtk_widget_show (vbox);

sprintf (id_char, "本进程ID:%d", getpid ());

label = gtk_label_new (id_char);

gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), label, FALSE, FALSE, 0);

gtk_widget_show (label);

sprintf (id_char, "父进程ID:%d", getppid ());

label = gtk_label_new (id_char);

gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), label, FALSE, FALSE, 0);

gtk_widget_show (label);

pbar = gtk_progress_bar_new ();

gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), pbar, FALSE, FALSE, 0);

gtk_widget_show (pbar);

timer = gtk_timeout_add (100, progress_timeout, pbar);

button = gtk_button_new_with_label ("close");

g_signal_connect_swapped (G_OBJECT (button), "clicked", G_CALLBACK (gtk_widget_destroy), window);

gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, FALSE, FALSE, 0);

GTK_WIDGET_SET_FLAGS (button, GTK_CAN_DEFAULT);

gtk_widget_grab_default (button);

gtk_widget_show (button);

gtk_widget_show (window);

gtk_main ();

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int pid = fork ();

if (pid < 0)

printf ("error!\n");

else if (pid == 0)

{

int pid = fork ();

if (pid < 0)

printf ("error!\n");

else if (pid == 0)

show (argc,argv,"process3");

else

show (argc,argv,"process2"); }

else

show (argc,argv,"process1");

}

四、实验二

Linux内核，简单来说就是一套用来控制计算机最底层的硬件设备，如处理器、内存、硬盘等的一种软件，一般称为操作系统，在Linux术语中称为内核。其中包含的模块有存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化(引导)、系统调用等。

这次题目就是要更改Linux内核中的”系统调用”模块，在其中添加自定义的函数，实现功能是文件拷贝。

工作流程基本如下：

1.下载并解压内核

到官方网站https://www.360docs.net/doc/fd41148.html,/下载内核linux-2.6.37.4，打开终端，

使用下列命令对其解压到目录/usr/src：

sudo tar -xjvf linux-2.6.37.4.tar.bz2 -C /usr/src

该目录用来存放内核的源码。

2.修改内核

首先要对系统调用模块的源码添加一个自定义函数，即对

/usr/src/linux-2.6.37.4/kernel/sys.c进行修改，在该源码的最后添

加下列函数的源码：

asmlinkage int sys_mycall(char* sourceFile,char* destFile)

{

int source=sys_open(sourceFile,O_RDONLY,0);

int

dest=sys_open(destFile,O_WRONL Y|O_CREAT|O_TRUNC,0600);

char buf[4096];

mm_segment_t fs;

fs = get_fs();

set_fs(get_ds());

int i;

if(source>0 && dest>0)

{

do

{

i=sys_read(source,buf,4096);

sys_write(dest,buf,i);

}while(i);

}

else

{

printk("Error!");

}

sys_close(source);

sys_close(dest);

set_fs(fs);

return 10;

}

修改完函数之后，接下来要修改系统调用号所对应的函数名，即修改/usr/src/linux-2.6.32.10/arch/x86/include/asm/unistd_32.h

该文件定义了系统调用号，我们只要找一没被使用的系统调用号，用该号给我们自定义函数使用，比如

#define __NR_sys_mycall 337

/*定义系统调用sys_mycall 的系统调用号为337*/

修改完系统调用号后，接下来要修改系统调用表，即/usr/src/linux-2.6.32.10/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S，这个文件是用汇编语言编写的，因此要让自定义的系统调用相对于其他系统调用的顺序337个，写上.long sys_mycall /*337*/

基本修改完以上源码后，接下来对其进行默认的净化、设置等。

使用下列代码对其源码进行处理

sudo make mrproper 净化解压后的源代码

sudo make menuconfig 对内核选项进行配置

如果这一步有错误可能是正在使用的系统没有安装必要的库文件，如ncurses、libncurses*，这时候需要输入如下指令来安装

首先回到系统根目录

sudo apt-get install ncurses

sudo apt-get install libncurses*

依照提示就能安装好必要的库文件了。然后再回到内核源码的目录下尝试使用sudo make menuconfig对内核选项进行配置。

sudo make dep 建立模块间的依赖信息

sudo make clean 删除配置时留下的一些不用的文件

3.编译内核

接下来是最费时间的环节，少则2个小时，多则3个小时的编译，需要再三确保前面步骤是否正确后再进行下一步。

sudo make bzImage编译内核

这个过程大概是20多分钟

sudo make modules编译内核模块

这个过程大概要100分钟~150分钟左右，一般如果有错误，会在前十几分钟就停止编译并报错。

4.安装内核

比较简单，只需要两条指令

sudo make modules_install 安装内核模块

sudo make install 安装内核

安装完毕后，需要开机时选择使用新的Linux核心，要做下列修改：1）复制内核到系统启动引导目录

cp /usr/src/linux-2.6.37.4/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.6.37.4-mykernel

2）创建初始RAM磁盘——initrd

在创建之前先安装必要的程序

apt-get install bootcd-mkinitramfs

mkinitramfs -o /boot/initrd.img-2.6.37.4

3）更新grub

在/boot/grub/grub.cfg中, 复制一段旧的核心代码，并将里面linux和initrd中的路径改为新增的，注意不能用update-grub2

在/boot中复制一个旧的config-xxxxxx做为自己的

4）cd /boot

cp initrd.img-2.6.37.4 initrd-2.6.37.4.old

以上是备份initrid，下面是修改

depmod –a

update-initramfs -k 2.6.37.4 –c

cd /tmp

gzip -dc /boot/initrd.img-2.6.37.4| cpio -id

touch lib/modules/2.6.37.4/modules.dep

find ./ | cpio -H newc -o > /boot/initrd.img-2.6.37.4.new

gzip /boot/initrd.img-2.6.37.4.new

cd /boot

mv initrd.img-2.6.37.4.new.gz initrd.img-2.6.37.4

5）重开机测试

5.测试功能

用C语言编写测试程序testsys.c，源代码如下：

#include

#include

#include

int main(int argc,char**argv)

{

int i=syscall(349,argv[1],argv[2]); /*337为系统调用号*/

printf("successfully!\r\n");

printf("%d",i);

return 1;

}

编译gcc –o testsys testsys.c

运行./testsys test.txt target.txt

系统调用337号功能，拷贝文件test.txt到target.txt

运行结果截图如下：

.

【实验心得】

由于上学期操作系统

学习的并不太好，所以这学期做课设还是遇到

了很大的困难，制作出了前二步，最终还是靠

着网上的一些代码才实现了完整的功能，不过

从看、这次课程设计中，我还是学到了很有用

的知识，比如linux内核的编译，GTK的使用

等等，也请教了许多同学也和他们一起探讨过，

从中受益匪浅。最后也谢谢老师对我一学期以来的指导！