西电软院操作系统课程设计报告.doc

操作系统课程设计
实验报告册

班级：
学号：
姓名：
教师： 褚华

目 录

实验说明
重要提醒
实验1 系统调用
实验2 内核模块
实验3 文献系统
实验4 设备管理

实验说明
1． 实验做为学习的重要促进手段，是为了深化对理论的理解，锻炼实践动手能力。
2． 实验同时也作为考核的手段。
3． 实验内容会在课程进行中下达，并且会分次地、部分地被抽查。
4． 课程结束时，规定把所有的实验整理成一个完整的电子文档并上交，做为最后成绩的评估依据。
5． 假如有爱好的合适的题目，也可自己选题目。

格式说明
1． 本文档文献名命名为“学号-姓名”，如“13071000_小王”。
2． 留白部分局限性的自己调整长度，也可加页（增长内容应在表格内）。
3． 每次的实验报告都要在这个文献中（按照实验顺序依次）增长，而不是每次一个新的word文献。
4． 本文档保存为doc格式（ 请勿用Word2023的docx格式）。

重要提醒：
1． 实验正文建议使用小四号或五号宋体。
2． 若附加图形，则请直接嵌入到实验手册相应位置。
3． 各实验的源程序，请按实验分目录存放，如第一个实验的源程序存放在目录lab1下，第二个实验的源程序存放在目录lab2下等等，依次类推。
可互相讨论，但严禁抄袭网络或同学的实验结果。

实验编号
1
题目
系统调用
实验目的
为Linux内核增长一个系统调用，并编写用户进程的程序来测试
规定该系统调用可以完毕以下功能：
1. 该系统调用有1个int型参数，返回值为int。
2. 若参数为偶数，则输出自己学号后四位
3. 若参数为奇数，则输出自己学号的后五位
实验内容
1.系统调用的实现
2.增长系统调用
3.Linux内核的构建
报告内容规定
(1) 实现方法和思绪
(2) 测试及结果
报 告 正 文
要给linux增长系统调用，可以用修改内核源码并重新编译的方法实现
一：基本过程是
1. 在系统调用表文献中给要增长的一个系统调用的名字
2. 在系统调用号文献中给要新增的系统调用分派一个系统调用号
3. 增长系统调用声明
4. 添加系统调用的实现
5. 重新编译内核
6. 编写测试驱动函数，测试系统调用是否添加成功

一：在系统调用表文献中增长系统调用的名字

二：在系统调用号文献中给要新增的系统调用分派一个系统调用号

三：增长系统调用声明

四：添加系统调用的实现

要为linux内核增长系统调用，一方面必须要实现系统的内核调用
也就是提供功能的一个函数

根据题目规定，当给改系统调用传递int参数为奇数时输出自己学号的后五位，当系统调用接受的参数为偶数时，输出自己学号的后四位

所以，系统调用的实现如下

可以看到系统调用的实现同基本的C语言没多大差别，只是能使用的库不同样
在linux内核中的代码不能使用标准C库，只能使用内核提供的库
所以能调用的函数会有不同
最后实现代码如下

当参数num为偶数时输出2257也就是学号的后四位
当参数为奇数时输出12257也就是学号的后四位
可以看到输出函数式printk而不是printf，由于在内核中不能使用标准C函数

五：编译内核

六：测试系统调用

测试驱动函数如下

测试输出如下

由于在系统调用实现时忘掉在末尾加换行符了。。所以输出的两个是在一行的
也就是2257和12257，但是可以看到系统调用时实现了的。

实验编号
2
题目
内核模块
实验目的
1. 学习linux内核模块的编写及加载的方法
2. 理解linux内核模块的机制

实验内容
1. 编写linux内核模块并测试
2. 编写可以带参数的linux内核模块并测试
3. 使用内核模块的方法为linux增长系统调用
1、 用内核模块的方法完毕实验1的内
报告内容规定
(1) 实现方法和思绪
(2) 测试及结果
报 告 正 文
实验内容：

编写一个内核模块；
编译该模块；
加载、卸载该模块；

实验环节:
新建模块目录
用编辑器（vi）编辑源文献

分析:
模块入口函数为hello_init()，由module_init()宏指定，在模块被加载的时候被调用向系统注册。
入口函数的返回值：0表达成功，非0表达失败。
模块的退出函数为hello_exit()，由module_exit()宏指定，在模块被卸载时被调用向系统注销，重要来完毕资源的清理工作。它被调用完毕后，就模块就被内核清除了。
一个模块最少需要有入口和退出函数。

2.4内核后，引入辨认代码是否在GPL许可下发布的机制 。在使用非公开的源代码产品时会得到警告。通过宏MODULE_LICENSE(“GPL”)，设立模块遵守GPL证书，取消警告信息。
宏MODULE_DESCRIPTION()用来描述模块的用途。
宏MODULE_AUTHOR()用来声明模块的作者。
宏MODULE_SUPPORTED_DEVICE()声明模块支持的设备。
这些宏都在头文献linux/module.h定义，使用这些宏只是用来提供辨认信息。

用编辑器编辑Makefile

编译模块

加载删除模块

dmesg输出信息

带参数的模块

传入参数

输出结果

内容二:
用内核模块的方式为系统添加一个系统调用
为Linux内核增长一个系统调用，并编写用户进程的程序来测试。
规定该系统调用够完毕以下功能：
1. 该系统调用有1个int型参数，返回值为int。
2. 若参数为偶数，则输出自己学号后四位
3. 若参数为奇数，则输出自己学号的后五位
基本思绪就是通过修改系统调用参数表所在的内存地址
并加入系统调用即可

实验编号
3
题目
文献系统
实验目的
1. 了解/proc文献系统
2. 掌握修改/proc文献系统的方法
3. 运用/proc与内核交互
创建以及使用/proc文献
实验内容
1. 运用/proc与内核交互
2、 运用内核模块方法创建/proc文献
报告内容规定
(1) 实现方法和思绪
(2) 测试及结果
报 告 正 文
实验一：

本实验只使用标准C函数进行修改/proc文献
也就是说直接read write /proc里的文献
从而达成与内核交互的目的
代码如下

输出结果

可以看到实现了功能完毕了hostname文献的修改

内容二:通过内核的/proc编程接口进行/proc文献的操作

本实验通过构造可加载内核模块,通过内核的/proc编程接口进行/proc文献的操作
需要用到的基本函数有
struct proc_dir_entry *create_proc_entry( const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *parent) 这个函数创建一个/proc文献
struct proc_dir_entry *create_proc_read_entry( const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *base, read_proc_t *read_proc, void *data) 这个函数创建一个/proc的只读文献

struct proc_dir_entry *proc_mkdir( const char *name, struct proc_dir_entry *parent) 这个函数创建一个/proc目录
删除节点（文献或者目录）remove_proc_entry()
void remove_proc_entry ( const char *name, struct proc_dir_entry *parent)
该函数将删除一个proc节点（按文献名删除）

以上函数只能创建一个文献，要想使创建的文献发挥作用，尚有两个域的值需要填写，它们是read_proc和write_proc。
该两个函数都是回调函数，当对文献进行读写时，系统会自动调用相应的回调函数。
可以使用 write_proc 函数向 /proc 中写入一项。这个函数的原型如下
int (*write_proc) (struct file *file, const char *buffer, unsigned long count, void *data)
file 参数事实上是一个打开文献结构（我们可以忽略这个参数）。buffer 参数是传递给您的字符串数据。缓冲区地址事实上是一个用户空间的缓冲区，因此我们不能直接读取它。count参数定义了在 buff 中有多少数据要被写入。data 参数是一个指向私有数据的指针
可以使用 read_proc 函数从一个 /proc 项中读取数据（从内核空间到用户空间）。这个函数的原型如下：
int (*read_proc) (char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)
page 参数是这些数据写入到的位置，其中 count 定义了可以写入的最大字符数。在返回多页数据（通常一页是 4KB）时，我们需要使用 start 和 off 参数。当所有数据所有写入之后，就需要设立 eof（文献结束参数）。与 write 类似，data 表达的也是私有数据。此处提供的 page 缓冲区在内核空间中。

实验代码如下

可以看到代码创建一个/proc13121257的目录
并且创建两个文献以及一个link文献
结果如下

若对文献进行读写操作则如下显示

实验编号
4
题目
设备管理
实验目的
1. 了解linux设备文献
2. 了解linux设备驱动程序的编写
实验内容
1. 实现一个linux字符设备驱动文献
报告内容规定
(1) 实现方法和思绪
(2) 测试及结果
报 告 正 文
1. 一方面了解linux设备驱动文献的基本数据结构
内核设备驱动程序表结构(in fs/devices.c)
struct device_struct {
const char *name; // device name
struct file_operations * fops;
};
字符设备驱动程序的基本操作和数据结构
2. 字符设备驱动程序：
设备表：全局数组chrdevs[255],主设备号是它的下标
登记： register_chrdev() / unregister_chrdev()
缺省操作集合：
file_ops: def_chr_fops，仅定义了open方法；
inode_ops: chrdev_inode_operations, 仅定义了其中的file_operation=&def_chr_fops.

三： 关键代码

实现了驱动程序的初始化以及退出清理函数
在初始化中用register_chrdev函数进行注册
在退出中用unregister_chrdev函数进行清理
2. 关键的字符设备驱动程序的数据结构

其中rwbuf_open实现打开设备文献操作
Rwbuf_close实现关闭设备文献操作
Rwbuf_write实现写设备文献
Rwbuf_read 实现读设备文献
Rwbuf_ioctl实现一些操作

在测试函数中

实现读写操作以及clean操作

一方面创建一个设备文献节点

可以看出可以对设备文献像普通文献同样进行读写操作
运营结果如下

实验完毕