操作系统课程设计_操作系统课程设计完整

2020-02-28 其他范文下载本文

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课程实验报告

课程名称：

操作系统原理课程设计

专业班级：学

号：姓

名指导教师：报告日期：

计算机科学与技术学院

1.实验目的............................................................................................................................4 2.实验环境..........................................................................................................................4 3.实验内容..........................................................................................................................4 3.1 实验一....................................................................................................................4 3.2 实验二....................................................................................................................4 3.3 实验三....................................................................................................................5 3.4 实验四....................................................................................................................5 4.实验设计..........................................................................................................................5 4.1 实验一....................................................................................................................5 4.1.1 文件拷贝......................................................................................................5 4.1.2 并发进程分窗口显示....................................................................................5 4.2 实验二....................................................................................................................6.....................................................................................................................................6 4.3 实验三....................................................................................................................6 4.4 实验四....................................................................................................................7 5.实验步骤..........................................................................................................................8 5.1 实验一.............................................................................................................8 5.1.1 文件拷贝......................................................................................................8 5.1.2 并发进程分窗口显示....................................................................................9 5.2 实验二..................................................................................................................14 5.3 实验三..................................................................................................................15 2 5.4 实验四..................................................................................................................17 6.调试记录........................................................................................................................19 7.心得体会........................................................................................................................21 8.程序清单........................................................................................................................22 8.1实验一...................................................................................................................22 8.1.1 文件拷贝....................................................................................................22 8.1.2并发进程窗口显示......................................................................................23 8.2实验二...................................................................................................................33 8.3实验三...................................................................................................................34 8.4实验四...................................................................................................................38

1.实验目的（1）掌握Linux操作系统的使用方法；（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.实验环境

本次课程设计采用的操作系统环境是Windows7、Ubuntu双系统，Ubuntu系统版本为15.04，内核版本是Linux 3.19。

3.实验内容

3.1 实验一

1)编写一个C程序，用fread、fwrite等库函数实现文件拷贝功能。

2)编写一个C程序，使用基于文本的终端图形编程库(curses)或图形界面(QT/GTK），分窗口显示三个并发进程的运行(一个窗口实时显示当前时间，一个窗口实时监测CPU的利用率，一个窗口做1到100的累加求和，刷新周期分别为1秒，2秒和3秒)。

3.2 实验二采用编译内核的方法，添加一个新的系统调用实现文件拷贝功能编写一个应用程序，测试新加的系统调用

3.3 实验三

采用模块方法，添加一个新的字符设备的驱动程序，实现打开/关闭、读/写等基本操作,编写一个应用程序，测试添加的驱动程序。

3.4 实验四

1)了解/proc文件的特点和使用方法。2)监控系统状态，显示系统部件的使用情况。

3)用图形界面监控系统状态，包括CPU和内存利用率、所有进程信息等(可自己补充、添加其他功能)。

4.实验设计

4.1 实验一

4.1.1 文件拷贝

实现文件拷贝功能需要使用的函数是fopen、fgetc、fputc,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，设置循环，使用fgetc和fputc函数每次从源文件复制1个字节到目的文件，直到源文件指针到文件尾，实现文件拷贝操作。4.1.2 并发进程分窗口显示使用图形界面GTK实现窗口的显示，使用fork（）创建三个并发进程： pid=fork()：创建子进程。

返回值:0

从子进程返回 >0

从父进程返回

exit进程自我终止，进入僵死状态 wait()等待进程终止(由父进程调用)exec()执行一个可执行程序(文件)。

4.2 实验二

不同的Linux内核版本编译内核和添加系统调用的方法不尽相同，在网上查阅了资料之后找到适合3.19版本内核的编译方法。

所谓系统调用，即Linux内核中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序，称为系统调用，用户可以通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们。其调用机制为：使用寄存器中适当的值跳转到内核中事先定义好的代码中执行：跳转到系统调用的总入口system_call，检查系统调用号，再查找系统调用表sys_call_table，调用内核函数，最后返回。

实验二目的是更改内核中系统调用模块，增加自定义函数实现文件拷贝功能。

4.3 实验三

Linux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，每个设备文件有两个设备号，主设备号标识驱动程序，从设备号表示使用 6 同一个设备驱动程序的不同硬件设备。

设备驱动程序的功能包括：对设备初始化和释放，把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据，读取应用程序传给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据，检测和处理设备出现的错误。

Linux支持的设备包括三种：字符设备、块设备和网络设备。添加设备驱动程序大致需要以下几个步骤：

1.注册设备 2.定义功能函数 3.卸载设备

4.4 实验四

proc文件系统特点：

1.进程文件系统和内核文件系统组成的复合体

2.将内核数据对象化为文件形式进行存取的一种内存文件系统

3.监控内核的一种用户接口，拥有一些特殊的纯文本文件，从中可以获取系统状态信息

4.系统信息：与进程无关，随系统配置的不同而不同 5.进程信息：系统中正在运行的每一个用户级进程的信息其中各个文件保存的信息如下： /proc/cmd/line: 内核启动的命令行 /proc/cpuinfo: CPU信息

/proc/stat: CPU的使用情况、磁盘、页面、交换、所有的中断、最后一次的启动 7 时间等

/proc/meminfo: 内存状态的有关信息

利用/proc文件获取系统状态信息，并通过GTK图形化编程将系统信息以及通过这些信息计算得出的如CPU利用率、内存使用等通过窗口显示出来。

5.实验步骤

5.1 实验一

5.1.1 文件拷贝

文件拷贝主要是利用文件指针操作，在源文件和目的文件之间进行字符的复制，拷贝之前要判断源文件是否存在以及能否打开，这需要设置一个判断语句，同时也要设置判断语句判断目的文件是否存在，若不存在需要能够创建一个目的文件，最后执行循环拷贝。

步骤如下：

1.在Linux终端使用编译命令：gcc mycopy.c-o mycopy产生可执行文件。2.创建源文件wangzihao目的文件shaochongjun。3.编辑源文件：

4.打开可执行程序：./mycopy wangzihao shaochongjun 5.查看目的文件发现已经实现拷贝：

6.若源文件不存在会报错：

5.1.2 并发进程分窗口显示

1.使用fork（）函数创建三个进程，使用exec函数族实现程序的调用：

2.调用创建窗口函数init_window()，将进程中的信息在窗口中显示：

3.分别创建三个程序实现显示系统时间、CPU利用率、累加求和功能：

4.运行结果如下：

5.2 实验二

原内核版本：3.19.0 编译新内核版本：3.19.8 1.下载内核并解压

2.系统调用函数实现：修改kernel/sys.c文件，在文件的最后添加新的系统调用函数：sys_mycall(char* sourceFile,char* destFile)3.设置系统调用号：修改arch/x86/syscalls/syscall_32.tbl，在最后一行添加新的系统调用号

4.添加系统调用声明到头文件：~$ vi include/asm-generic/syscalls.h 在#endif前添

#ifndef sys_mycall asmlinkage long sys_mycall(long number);#endif

5.安装基本编译套件：apt-get install build-eential kernal-package libncurses5-dev fakeroot 6.配置内核：make menuconfig 7.编译内核：make-j4 8.安装内核：make modules_install make install 9.重启进入新的内核

10.编写测试程序测试新的系统调用：

测试结果如下：

5.3 实验三

1.编写Makefile文件：

2.编写设备功能函数：(见程序清单)

3.设备加载：make clean make

加载模块：insmod wzhdriver.ko

输入 cat /proc/devices得设备驱动的主设备号为:

加载设备，分配设备号：mknod /dev/wzhdriver c 248 0

更改操作权限：chmod 666 /dev/wzhdriver 4.运行测试程序，结果：

5.4 实验四

1系统信息页：

2进程信息页：

3内存资源页：

6.调试记录

1.在编译gtk程序时，需要添加` pkg-config －－cflags--libs gtk+-3.0`.参数。2.实验一程序过于简单，健壮性不大。

3.由于一开始没有加入刷新函数，导致实验一显示窗口数据不变化，在同学帮助下改正。

4.编译内核占用大量时间后来发现在make后添加-j4可以大大提升速度。

7.心得体会

本次课程设计主要目的是熟悉Linux系统，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。由于刚开始接触Linux，实验的开始遇到了不少困难，GTK的安装和使用花费了我不少时间，并行程序是操作系统课程学过的内容，主要难点是图形化界面的设计。

实验二是耗费时间最多的，由于每个版本的内核编译方式不同，耗费了大量时间查找编译内核的方法，同时编译一次内核需要一个小时以上，不过皇天不负有心人最后我成功添加了系统调用。

添加设备驱动比较简单，主要是了解了Linux设备驱动的原理，熟悉设备驱动的安装过程。

分析/proc文件主要是搭建图形化界面，在借鉴了网上资源设计的窗口之后，我设计了简单的监控系统图形界面，其中CPU利用率以及占用曲线等需要计算。通过本次实验我学到了很多东西，熟悉了Linux系统的使用方法，对Linux系统内核代码结构有了大致的了解，掌握了图形化界面GTK的使用，总而言之本次试验我获益匪浅。

8.程序清单

8.1实验一

8.1.1 文件拷贝 #include int main(int argc,char *argv[]){

if(argc!=3)

{ printf(“Error in argc!n”);return 0;

}

FILE * fsource=NULL;

FILE * ftarget=NULL;

if((fsource=fopen(argv[1],“rb”))==NULL)

{ printf(“Fail to open source file!n”);return 0;

}

if((ftarget=fopen(argv[2],“wb”))==NULL)

{ printf(“Fail to open target file!n”);22 return 0;

}

int c;

while((c=fgetc(fsource))!=EOF)

{ fputc(c,ftarget);

}

fclose(fsource);

fclose(ftarget);

return 0;} 8.1.2并发进程窗口显示

主函数：

#include #include #include int main(){ pid_t time;pid_t cpu;pid_t sum;23

if((time=fork())==-1){

}

if(time==0){ execlp(“./time”,0);printf(“fork errorn”);return-1;}else {

if((cpu=fork())==-1)//create cpu {

} if(cpu==0){ execlp(“./cpu”,0);printf(“fork errorn”);return-1;}else 24

{ if((sum=fork())==-1)//create sum

{

printf(“fork errorn”);

return-1;

}

if(sum==0)

{

execlp(“./sum”,0);

}else //father proce

{

wait(&time);

wait(&cpu);

wait(&sum);

}

} 系统时间：#include #include #include #include

char t[50];GtkWidget *label;gettime(){

time_t timep;

time(&timep);

sprintf(t,“%s”,ctime(&timep));} void *thread(void * argc){

while(1){

gettime();

gtk_label_set_text(GTK_LABEL(label),t);

sleep(1);}

}

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

pthread_t id;

int i,ret;

ret=pthread_create(&id,NULL,(void *)thread,NULL);26

GtkWidget *vbox;

GtkWidget *window;

//定义一个组装盒;

/*初始化整个GTK+程序，是每一个GTK+程序必不可少的部分*/

gtk_init(&argc, &argv);

/*这里生成了一个窗口构件——GtkWindow，GTK_WINDOW_TOPLEVEL包含窗口的标题栏和边框，同意用窗口管理器来进行管理*/

window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), “time”);

gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 300, 200);

gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER);

label = gtk_label_new(t);

gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window), label);

gtk_widget_show(label);

/*开始显示窗口*/

gtk_widget_show(window);

gtk_main();

return 0;} CPU利用率： #include #include

#include GtkWidget* label;//the use rate of cpu char c[5];float cpu();void* thread(void* arg){

} float cpu(){

FILE* fp;char buf[128];char cpu[5];long int user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq;float usage;while(1){

} sleep(2);usage=cpu();sprintf(c,“the usage of cpu is %f %%”,usage);gtk_label_set_text(GTK_LABEL(label), c);28

fp=fopen(“/proc/stat”,“r”);if(fp==NULL)printf(“errorn”);long int all1,all2,idle1,idle2;float usage;fgets(buf,sizeof(buf),fp);

canf(buf,“%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld”,cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq);

canf(buf,“%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld”,cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iall1=user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;idle1=idle;rewind(fp);//second sleep(1);memset(buf,0,sizeof(buf));cpu[0]='';user=nice=sys=idle=iowait=irq=softirq=0;fgets(buf,sizeof(buf),fp);29 owait,&irq,&softirq);

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

pthread_t id;

int i,ret;

ret=pthread_create(&id,NULL,(void *)thread,NULL);

GtkWidget *window;

/*初始化整个GTK+程序，是每一个GTK+程序必不可少的部分*/

gtk_init(&argc, &argv);

/*这里生成了一个窗口构件——GtkWindow，GTK_WINDOW_TOPLEVEL包含窗口的标题栏和边框，同意用窗口管理器来进行管理*/

window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), “cpu”);

gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 300, 200);

gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER);

label = gtk_label_new(c);usage=(float)(all2-all1-(idle2-idle1))/(all2-all1)*100;return usage;all2=user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;idle2=idle;30

gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window), label);

gtk_widget_show(label);

/*开始显示窗口*/

gtk_widget_show(window);

gtk_main();

return 0;} 求和：

#include #include #include #include

char s[1000];GtkWidget *label;

void *thread(void * argc){

int i,j,sum;

for(i=1,sum=0,j=1;i

sleep(3);

sum=sum+j;

j+=1;

sprintf(s,“%d”,sum);31

gtk_label_set_text(GTK_LABEL(label),s);

}

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

pthread_t id;

int i,ret;

ret=pthread_create(&id,NULL,(void *)thread,NULL);

GtkWidget *vbox;

GtkWidget *window;

/*初始化整个GTK+程序，是每一个GTK+程序必不可少的部分*/

gtk_init(&argc, &argv);

/*这里生成了一个窗口构件——GtkWindow，GTK_WINDOW_TOPLEVEL包含窗口的标题栏和边框，同意用窗口管理器来进行管理*/

window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), “sum”);

gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 300, 200);

gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER);

label = gtk_label_new(s);

gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window), label);

//定义一个组装盒;32

gtk_widget_show(label);

/*开始显示窗口*/

gtk_widget_show(window);

gtk_main();

return 0;} 8.2实验二

系统调用函数：

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

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

int dest=sys_open(destFile,O_WRONLY|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);33

}

else {

printk(“Error!”);

}

sys_close(source);

sys_close(dest);

set_fs(fs);

return 10;} 测试程序： #include #include #include

int main(int argc,char **argv){ int i=syscall(359,argv[1],argv[2]);printf(“the %d”,i);return 1;} 8.3实验三

设备驱动：

#include #include #include 34 #include MODULE_LICENSE(“GEL”);MODULE_AUTHOR(“wangzihao”);#define DEV_NAME “wzhdriver” static ize_t GlobalRead(struct file *,char *,size_t,loff_t*);static ize_t GlobalWrite(struct file *,const char *,size_t,loff_t*);static int char_major = 0;static int GlobalData = 123456;struct file_operations globalchar_fops = {

.read = GlobalRead,.write = GlobalWrite };

static int __init GlobalChar_init(void){

int ret;

ret = register_chrdev(char_major,DEV_NAME,&globalchar_fops);

if(ret

{

printk(KERN_ALERT “GlobalChar Reg Fail!n”);

} 35

else

{

printk(KERN_ALERT “GloblaChar Reg Succe!n”);

char_major = ret;

printk(KERN_ALERT “Major = %dn”,char_major);

}

return 0;} static void __exit GlobalChar_exit(void){

unregister_chrdev(char_major,DEV_NAME);

printk(KERN_ALERT “GlobalCharDev is dead now!n”);

return;} static ize_t GlobalRead(struct file *filp,char *buf,size_t len,loff_t *off){

//GlobalData-= 1;

if(copy_to_user(buf,&GlobalData,sizeof(int)))

{

return-EFAULT;

}

return sizeof(int);36 } static ize_t GlobalWrite(struct file *filp,const char *buf,size_t len,loff_t *off){

if(copy_from_user(&GlobalData,buf,sizeof(int)))

{

return-EFAULT;

}

return sizeof(int);} module_init(GlobalChar_init);module_exit(GlobalChar_exit)测试程序：

#include #include #include #include #define DEV_NAME “/dev/wzhdriver” int main(){ int fd,num = 9999;

fd = open(DEV_NAME,O_RDWR,S_IRUSR | S_IWUSR);37 if(fd

{

printf(“Open Device Failed!n”);

return-1;} read(fd,&num,sizeof(int));printf(“The wzhdriver is %dn”,num);printf(“input a number written to wzhdriver: ”);scanf(“%d”,&num);write(fd,&num,sizeof(int));read(fd,&num,sizeof(int));printf(“The char you input is %dn”,num);

close(fd);return 0;} 8.4实验四

#include #include #include #include #include 38 #include #include #include #include #include #include

char *txt_pid=NULL;char *txt_pid2=NULL;

char* meminfo_read();/*内存使用情况*/ char* stat_read();/*cpu使用率*/ char* procsum_read();/*进程数*/

gint mem_refresh(gpointer mem_label);/*内存使用情况刷新*/ gint cpu_refresh(gpointer cpu_label);

/*cpu使用率刷新*/ gint proce_refresh(gpointer proce_label);/*进程数刷新*/

gboolean cpu_record_callback

(GtkWidget

*widget,GdkEventExpose *event,gpointer data);

gboolean mem_record_callback(GtkWidget *widget,GdkEventExpose *event,gpointer data);

void cpu_record_draw(GtkWidget *widget);void mem_record_draw(GtkWidget *widget);

static char temp_proce[50];/*进程数*/ static char temp_cpu[50];/*cpu使用率*/ static char temp_mem[50];/*内存使用*/ static long idle,total;static int flag=0;

/*计算cpu时的数据*/ /*计算cpu使用率时启动程序的标志*/

/*计算单个进程cpu使用率时使用的标志*/ static int flag1=0;

static long mem_total;static long mem_free;

/*内存总大小*/ /*空闲内存*/ static long long ustime[32768];/*前一次记录的用户态和核心态的总时间*/ static long mtime[32768];/*前一次记录的时刻*/ static float cpu_used_percent=0;

/*cpu使用率*/ static int cpu_start_position=15;/*绘制cpu移动的线条*/ static float cpu_data[66];static int flag2=0;

/*cpu历史数据*/

/*初始化cpu_data数组中数据的标志*/ static int cpu_first_data=0;/*第一个数据，既最早的数据，下一个要淘汰的数据 40 */ static float mem_data[66];/*cpu历史数据*/ static int flag3=0;

/*初始化cpu_data数组中数据的标志*/ static int mem_first_data=0;/*第一个数据，既最早的数据，下一个要淘汰的数据*/ static int mem_start_position=15;/*绘制内存移动的线条*/

static GtkWidget *cpu_record_drawing_area;

static GtkWidget *mem_record_drawing_area;

static GtkWidget *notebook;/////////////////////////////////////////////

void kill_proc(void){

char buf[20];sprintf(buf,“kill-9 %s”,txt_pid);

/*笔记本*/

system(buf);}

gint delete_event(GtkWidget *widget,GdkEvent *event,gpointer

data){

gtk_main_quit();

return FALSE;}

char *get_cpu_name(char *_buf1){

FILE * fp;int i=0;char *buf1=_buf1;

fp=fopen(“/proc/cpuinfo”,“r”);for(i=0;i

char *get_cpu_type(char *_buf2){

FILE * fp;int i=0;char *buf2=_buf2;

fp=fopen(“/proc/cpuinfo”,“r”);for(i=0;i

char *get_cpu_f(char *_buf3){

FILE * fp;int i=0;char *buf3=_buf3;

fp=fopen(“/proc/cpuinfo”,“r”);for(i=0;i

char *get_cache_size(char *_buf4){

FILE * fp;int i=0;char *buf4=_buf4;

fp=fopen(“/proc/cpuinfo”,“r”);for(i=0;i

} fclose(fp);return buf4;char *get_system_type(char *_buf1){ FILE * fp;

int i=0;

//fp=fopen(“/proc/version”,“r”);

fp=fopen(“/etc/iue”,“r”);

fgets(buf1,256,fp);

for(i=0;i

buf1[i]='';

fclose(fp);

return buf1;}

char *get_system_version(char *_buf2)46 { FILE * fp;

int i=0;

int j=0;

fp=fopen(“/proc/version”,“r”);

fgets(buf2,256,fp);

for(i=0,j=0;i

buf2+=i;

for(i=0;i

buf2[i+1]='';

fclose(fp);

return buf2;}

char *get_gcc_version(char *_buf3){ 47 FILE * fp;

int i=0;

int j=0;

fp=fopen(“/proc/version”,“r”);

fgets(buf3,256,fp);

for(i=0,j=0;i

buf3+=i;

for(i=0;i

buf3[i+1]='';

fclose(fp);

return buf3;}

void get_proc_info(GtkWidget *clist,int *p,int *q,int *r,int *s){

DIR *dir;48

struct dirent *ptr;

int i,j;

FILE *fp;

char buf[1024];

char _buffer[1024];

char *buffer=_buffer;

char *buffer2;

char proc_pid[1024];

char proc_name[1024];

char proc_stat[1024];

char proc_pri[1024];

char proc_takeup[1024];

char text[5][1024];

gchar *txt[5];

gtk_clist_set_column_title(GTK_CLIST(clist),0,“PID”);

gtk_clist_set_column_title(GTK_CLIST(clist),1,“名称”);

gtk_clist_set_column_title(GTK_CLIST(clist),2,“状态”);gtk_clist_set_column_title(GTK_CLIST(clist),3,“优先级”);gtk_clist_set_column_title(GTK_CLIST(clist),4,“占用内存”);

gtk_clist_set_column_width(GTK_CLIST(clist),0,50);

gtk_clist_set_column_width(GTK_CLIST(clist),1,100);49

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