课程名称计算机操作系统实验

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1、一、 课程名称：计算机操作系统实验（一）本课程实验总体介绍1、本课程上机实验的任务： 通过该实验真正认识多进程、多线程、微核、死锁、文件系统、缓存等概念 及实现原理；在充分理解原理和算法的基础上，发挥学生自我创造力,鼓励并创造机会让学生提出新的算法或实现 .2、本课程上机实验简介： 分为课程实验和课程设计两大部分 . 课程实验通过应用层编程调用系统接口加深对进程、内存、文件和设备等功 能的理解。具体为实验 14。课程设计通过对 Linux 核心源代码的实例分析和 设计掌握系统设计的原理和方法。具体为实验 5 12。3、本课程适用专业： 计算机相关专业。4、本课程上机实验涉及核心知识点：核心知识

2、点 : 微核、系统调用、核心态与用户态、进程、线程、同步、互斥、 并发、死锁、伙伴算法、文件及文件目录、 I/O 缓冲、调度算法、系统初始化、 时钟中断等。5、本课程上机实验重点与难点： 并发控制，内核代码的分析与设计 .6、本课程上机实验运用软件名称 :VC+编译环境,Source In sight分析器、gcc编译器,7、总学时：课程实验： 16 学时 课程设计：共 8个课程设计，每个根据难度在 820 学时。8、教材名称及教材性质（自编、统编、临时 ）：名称：LINUX操作系统分析与设计性质：自编9、参考资料：计算机操作系统汤子瀛，西安电子科技大学出版社(第3版)Lin ux 设备驱动程

3、序第二版 Alessa ndro Rub ini & Jon athan Corbet编著 魏永明 骆刚等译 中国电力出版社2002年11月 第一版。Linux操作系统内核分析陈莉君 编 人民邮电出版社第一版。Linux操作系统内核实习Gary Nutt著机械工业出版社.(二)包含实验项目基本信息实验项目11、实验项目名称：进程调度算法设计实践2、实验项目的目的和任务：目的：通过该实验，加深对多道系统中调度算法的认识。任务：实现 FIFO, RR(q=1), SPN, SRT, HRRN, FB (去二 2i-1)六种调度算 法.并通过输入一组进程序列计算出每种算法的输出进程序列。3、上机实验

4、内容：(1) 实现主程序及六种调度算法。(2) 输入一组进程序列，对序列中的每一个进程，定义不同的优先级、总执 行时间，用六种调度算法输出调度最终的排序结果。序列例；进程号12345678优先级42213343运行时间2060365971823454、学时数:4实验项目21、实验项目名称:线程间同步与互斥2、实验项目的目的和任务： 目的:通过多线程并发程序设计，掌握同步与互斥的设计方法。 任务 :实现一个生产者、消费者的两线程同步算法 .3、上机实验内容：(1) 申请 10 个缓冲区。(2) 编制生产者线程 :首先产生一个随机数，写入到一个缓冲区中。其次将该 缓冲区置“满”标志 .(3) 编制

5、消费者线程 :取一个“满”标志的缓冲区中数据，打印输出，然后将该 缓冲区置“空”标志。(4) 添加相应的同步互斥控制代码。4、学时数 :4实验项目 31、实验项目名称： 内存分配与回收设计2、实验项目的目的和任务： 目的：学习内存管理的实现原理。 任务 :实现一个基于伙伴算法的内存分配回收算法， 并通过输入一组内存请求 与回收序列验证该算法执行情况。3、上机实验内容： (1)实现主程序及伙伴算法(设内存总量为 1M) 。 (2)用如下请求和释放序列验证该算法执行情况。请求100k请求240k请求64k 请求256k释放240k 释放100k 请求75k释放64k 释放75k释放256k 试输出

6、每次请求和释放动作产生后的内存状态。4、学时数： 4 实验项目 41、实验项目名称： 文件复制2、实验项目的目的和任务： 目的：掌握文件系统的系统调用的使用。任务：产生两个文件A和B,并将这两个文件内容交叉复制到文件C中，并输出文件 C 的结果。3、上机实验内容：（1 ）产生一个1k的文件A，其内容为数字。（2）产生一个1k的文件B，其内容为字母。（3）以 100字节为单位，将 A、B 两文件的内容交替复制到文件 C 中。最后 输出 C 的结果 .4、学时数： 4实验项目 51 、实验项目名称：Linux 时间系统分析2、实验项目的目的和任务 :通过对 LINUX 系统与时间有关的系统源代码分

7、析 ,学习多任务系统中调 度的核心事件时钟中断的实现原理，学习 LINUX 的内核机制以及内核时钟 维护机制。3、上机实验内容：编写一个拾取当前时间的应用程序，熟悉系统调用 gettimeofday（） 的 使用。分析linuxkerneltime.c中的sys_gettimeofday（）过程，说明时间是从何处 取得的，并给出分析流图。分析 linuxkernelitimer.c 中的 sys_getitimer（）和 sys_setitimer（）过程，给 出分析流图。分析 linuxarchi386kernel 中的时钟中断处理过程 do_timer_interrupt（）和 中的tim

8、er_bh（）过程,给出分析流图，解释时钟中断处理的 全过程.4、学时数 :10实验项目 61、实验项目名称 :Linux 系统初始化过程分析2、实验项目的目的和任务：通过对 LINUX 启动处理代码的分析 ,学习操作系统初始化与其他模块实 现的关系 ;学习各个模块的初始化顺序， 深入理解操作系统的功能划分及相互 关系；学习一个大型软件系统中初始化模块的设计方法。3、上机实验内容：分析在linuxinitmain.c中的start_kernel ()函数过程，它是整个操作系统 初始化最重要的过程。分析要求 :由于涉及初始化系统各个模块，内容很 广，这里要求了解start_kernelO函数中所

9、调用的各个子过程所属模块， 无需对被调用的子模块进一步分析认识系统各个模块的初始化时机 详细分析start_kernel ()函数中调用的 schednit和time_init两过程， 说明它们的主要功能，给出分析流图。详细分析start_kernel()函数中调用的kernel_thread(init,)、分析init函 数及其中调用的do_basic_setup(函数；给出分析流图。4、学时数： 4实验项目71、实验项目名称：Linux 文件系统分析2、实验项目的目的和任务：通过对 Linux 系统源代码分析 ,学习 Linux 虚拟文件系统 VFS 的原理及实 现框架；学习 VFS 和逻

10、辑文件系统如何协同实现对磁盘的管理 ;理解软件层 状设计的特点 .3、上机实验内容：分析文件 linuxincludelinuxfs.h 中 file_operations、 inode_operations、 super_operations、 file_system_type 等几个数据结构，了解它们各自的作 用.分 析文 件 linuxfssuper.c 中 sys_mount ( )、 sys_umount ( )、 register_filesystem()和 unregister_filesystem()的实现过程，并给出分析流 图。分析文件 linuxfsfilesystems.

11、c 中函数 filesystem_setup()了解文件系统初 始化过程分析vfs的fopen函数的实现过程，即分析文件linuxfsopen。c中的 sys_open(),理解文件的各种操作集合的挂接过程，给出分析流图。4、学时数： 12实验项目81、实验项目名称 :Linux 网络通信协议分析2、实验项目的目的和任务：分析 linux 通信协议的组织结构；掌握 SOCKET 接口；掌握协议数据的 接收和发送流程；掌握网卡的数据接收和发送机制。3、上机实验内容：分析 socket()系统调用过程，包括linuxnetsocket。c 中的 sys_socketcall ()、sys_sock

12、et)、sock_creat()和linuxnetipv4Af_inet。c 中的 inet_create 等函数。分析 bi nd ()系统调用，包括 linu xnetsocket.c 中的 sys_bi nd()和 lin uxnetipv4Af_i net。c 中的 in et_bi nd ()函数。分析 listen ()系统调用，包括 linuxnetsocket.c 中的 sys_listen ()和 linuxnetipv4Af_inet.c 中的 inet_listen()函数。分析 connect ()系统调用，包括 linuxnetsocket。c 中的 sys_conn

13、ect () 和linuxnetipv4Af_inet。 c 中的 inet_stream_connect()函数。分析 accept ()系统调用，包括 linuxnetsocket。c 中的 sys_accept(和 linuxnetipv4Af_inet。c 中的 inet_accept()函数。分 析 send ( ) 系 统 调 用 , 包 括 linuxnetsocket.c 中 的 sys_send()、 sys_sendto() sock_sendmsg )、linuxnetipv4Af_inet。c 中的 inet_sendmsg ( )、 linuxnetipv4Tcp_i

14、pv4 。 c 中 的 tcp_v4_sendmsg( )、linuxnetipv4Tcp.c 中的 tcp_do_sendmsg()、 linuxnetipv4Tcp_output。 c 中的 tcp_send_skb()、 tcp_transmit_skb()、 linuxnetipv4Ip_output.c 中 的 ip_queue_xmit()、 linuxincludenetIp 。 h 中 的 ip_output( )、 ip_finish_output ()、linuxnetcoredev。c 中的 dev_queue_xmit()等函数。 分析 receive ()系统调用，包

15、括 linuxnetsocket。 c 中的 sys_recv()、 sys_recvfrom() 、 linuxnetipv4Af_inet.c 中 的 inet_recvmsg( )、 linuxnetipv4Tcp.c 中的 tcp_recvmsg()、 linuxnetipv4Tcp_input.c 中的 tcp_rcv_established)、linuxnetipv4Tcp_ipv4。c 中的 tcp_v4_do_rcv()、 tcp_v4_rcv () linuxnetcoredev.c 中的 net_bh()、linuxnetipv4lp_input。 c 中的 ip_loca

16、l_deliver ()、ip_rcv()等函数.分析网卡驱动中数据发送和接收处理过程。4、学时数： 16实验项目 91、实验项目名称 :Linux 系统调用分析与实现2、实验项目的目的和任务：理解操作系统内核与应用程序的接口关系；加深对内核空间和用户空间 的理解；学会增加新的系统调用。3、上机实验内容：a) 增加系统调用函数 直接在原有程序文件中增加，减少修改 Makefile 文件的麻烦。该函 数的名称应该是新的系统调用名称前面加上sys_B志.例如新加的系统调用为 mycall (int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys。c文件中添加源 代码，如下所示

17、 :asmlinkage int sys_mycall(int number)printk (“call number is dn”,number)； return number;b) 连接新的系统调用 添加新的系统调用后 ,下一个任务是使 Linux 内核的其余部分知道该 系统调用的存在。为了从已有的内核程序中增加到新的系统调用函数的 连接，需要编辑两个文件。第一个要修改的文件是 : /usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h 该文件中包含系统调用清单， 用来给每个系统调用分配一个唯一的号 码。将新增的系统调用名称加到清单最后，并给它分配号码序列中下一

18、个可用的系统调用号。例如 :define _NR_mycall 239 系统调用号为 239，之所以系统调用号是 239，是因为内核自身的系 统调用号码已经用到 238。第二个要修改的文件是： /usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry。 S 该文件中有类似如下的清单：long SYMBOL_NAME( )该清单用来对sys_call_tableU数组进行初始化。该数组包含指向内 核中每个系统调用的指针 .这样就在数组中增加了新的内核函数的指针。 在清单最后添加一行：long SYMBOL_NAME(sys_mycall)c) 重建新的 Linux 内核，作以下

19、命令make menuconfigmake depmake cleanmake bzImagenew配置内核选项生成依赖关系 清除旧的编译结果 编译内核映象make modules编译内核模块make modules_install安装内核模块d）用新的内核启动系统修改 /etc/lilo.conf 文件，添加新的引导内核： image=/boot/bzImage-new label=linux newroot=/dev/hdb1read-only添加完毕后,为了使用新的lilo。conf配置文件，还应执行下面的命令：cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/zImag

20、e /boot/bzImage-new 其次配置 lilo: /sbin/lilo当重新引导系统时，在boot：提示符后面有三种选择：linux new、linux、 doso选择linux new即可以新内核启动。用新内核启动后则可使用新的系 统调用。e）使用新的系统调用 编写应用程序使用新添加的系统调用 mycall。4、学时数： 8实验项目 101、实验项目名称 : 内核模块机制和新模块编写2、实验项目的目的和任务：理解 Linux 操作系统模块机制，学会使用模块设计系统的方法，学习编 写一个新的内核模块 .3、上机实验内容：1）设计一个在 /proc 中实现 clock 文件的模块，该

21、文件只支持文件的 read()操作。当调用read0操作时，返回一个单一的 ASCII字符串，其中包括 用一个空格分开的两个数字子串。例如，若系统时间变量xtime设置为：xtime.tv_sec=923264577 xtime.tv_usec=234438,则该模块必须返回如下形式的一个字符串：923264577 234438a)写一个空内核模块，编译测试.编辑：#i nclude #i nclude int ini t_module()printk( ft is a null kernel modulen ”; return 0;void clea nu p_module()printk(

22、 f am exiting now n ”；编译：gcc -c -Wall -)_KERNEL_ -DMODULE testmodule.c运行：装入模块/检查装入是否成功/卸载模块/检查卸载是否成功in smod testmodule.olsmodrmmod testmodulelsmodb) 生成一 proc文件，以用于读取系统时钟。在模块中使用 proc_register()和 proc_unregister ()注册和 注销。它们引 用一个 struct proc_dir_entry数据结构，将该结构中get_info指针指向自己构造的读函数. 模版如下：#i nclude int t

23、est_read(char*, char *, off_t, in i, i nt) struct proc_dir_e ntry test_proc_file= 0,9,”estmodule ”S_IFREG|S_IRUGO, 1,0,0, SIZE, NULL, test_read, NULL;int ini t_module() /*proc_root 是/proc 的根 */return proc_register(&proc_root, &test_proc_file);void clea nu p_module() proc_ un register(&proc_root, tes

24、t_proc_file .lowino); 设计一个演示模块应用程序，读取/proc/testmodule的内容并打印输出。4、学时数：12实验项目111、实验项目名称：Linux环境设备驱动程序设计2、实验项目的目的和任务：学习linux系统设备驱动程序的组织结构及管理方法，掌握设备驱动程序 的设计方法，并编写一个字符空设备驱动实例。通过实验进一步理解操作系 统对设备管理的共性以及设备驱动程序的个性，理解各种设备驱动工作方式。3、上机实验内容：(1) 模块初始化时完成对设备的注册.为使模块加载命令insmod来把设备驱动程序插入到内核之中。在 insmod 调用的init_module ()

25、函数中调用register_chrdev()注册一个字符设备(其 他块设备与网络设备类似)。如果成功，设备名就会出现在/proc/devices文 件中.(2) 在文件系统为其创建一个代表节点.mknod /dev/ dev_name vtypemajor_number minor_number 如: mknod /dev/test.c major minor(3) 完成设备打开、关闭、读和写几个基本过程。例如：struct file_operati ons Test_Fops = NULL,/*寻找*/Read： device_read,/ *读设备*Write: device_write

26、,/*写设备*/NULL ,/*读目录*/NULL ,/*选择*/NULL ,/* ioctl * /NULL ,/* mmap * /Open: device_ope n,/*打开*/NULL ,/ *刷新* /release： device_release,/*关闭*/；int init_module()Major = module_register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &Test_fops);static int device_open(struct inode *inode, struct file *file)static int device_releas

27、e(struct inode * inode, struct file * file)static ssize_t device_read( struct file *file , char *buffer, size_t length, loff_t * offset)static ssize_t device_write(struct file * file,const char *buffer, size_t length, off_t *offset)本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途(4) 在模块卸载时卸载驱动程序模块。通过执行模块卸载命令rmmod中的cl

28、eanup_module ()函数，调用module_unregister_chrdev()注销设备，对驱动程序模块进行卸载。(5) 写一个测试该设备的应用程序完成测试.4、学时数：12 实验项目 121、实验项目名称 :LIUNX 文件系统设计2、实验项目的目的和任务： 通过设计一个独立的逻辑文件系统，掌握 linux 文件系统设计的注册、注 销、挂接操作的实现细节掌握VFS和LFS的挂接实现技术。深入理解Linux 文件操作集设计模式。3、上机实验内容：(1) 模块初始化时完成对文件系统的注册。a) 申明一个新的文件系统：static DECLARE_FSTYPE ( tfs_type,

29、tfs ”， tfs_read_super, 0)； tfs_read_super是tfs文件系统的读超级块过程。b) 在模块初始化函数in it_module ()中调用文件系统注册函数 register_filesystem(tfs_type)；(2) 实现新文件系统的 super_block、 inode、 file 操作集合 ,操作集合的具 体内容可以是空操作。(3) 用mount /umount完成对新文件系统的挂接测试.例如：mount - tfs /tmpl /tmp2umount - tfs /tmp2(4) 在模块卸载时卸载文件系统。 在 cleanup_module( )函数中 调用 unregister_filesystem(&tfs_type);(5) 写一个测试该文件系统的应用程序完成对操作集合的测试。4、学时数 :20