Operating System course assignment of HDU

实验解析：https://www.zhihu.com/column/c_142990858

实验一 linux 内核编译及添加系统调用

1. 设计目的

Linux 是开源操作系统，用户可以根据自身系统需要裁剪、修改内核，定制出功能更加 合适、运行效率更高的系统，因此，编译 linux 内核是进行内核开发的必要基本功。

在系统中根据需要添加新的系统调用是修改内核的一种常用手段，通过本次实验，读 者应理解 linux 系统处理系统调用的流程以及增加系统调用的方法。

2. 内容要求

(1) 添加一个系统调用，实现对指定进程的 nice 值的修改或读取功能，并返回进程最 新的 nice 值及优先级 prio。建议调用原型为:

int mysetnice(pid_t pid, int flag, int nicevalue, void __user * prio, void __user * nice);

参数含义: pid:进程 ID。

flag:若值为 0，表示读取 nice 值;若值为 1，表示修改 nice 值。

Prio、nice:进程当前优先级及 nice 值。 返回值:系统调用成功时返回 0，失败时返回错误码 EFAULT。

(2) 写一个简单的应用程序测试(1)中添加的系统调用。

(3) 若程序中调用了 linux 的内核函数，要求深入阅读相关函数源码。

实验二 linux 内核模块编程

1. 设计目的

Linux 提供的模块机制能动态扩充 linux 功能而无需重新编译内核，已经广泛应用在 linux 内核的许多功能的实现中。在本实验中将学习模块的基本概念、原理及实现技术，然后利 用内核模块编程访问进程的基本信息，从而加深对进程概念的理解、对模块编程技术的掌 握。

2. 内容要求

(1) 设计一个模块，要求列出系统中所有内核线程的程序名、PID 号、进程状态及 进程优先级。

(2) 设计一个带参数的模块，其参数为某个进程的 PID 号，该模块的功能是列出该 进程的家族信息，包括父进程、兄弟进程和子进程的程序名、PID 号。

(3) 请根据自身情况，进一步阅读分析程序中用到的相关内核函数的源码实现。

实验四 linux 进程管理

1. 设计目的

(1) 熟悉 linux 的命令接口。

(2) 通过对 linux 进程控制的相关系统调用的编程应用，进一步加深对进程概念的理解， 明确进程和程序的联系和区别，理解进程并发执行的具体含义。

(3) 通过 Linux 管道通信机制、消息队列通信机制、共享内存通信机制的使用，加深 对不同类型的进程通信方式的理解。

(4) 通过对 linux 的 Posix 信号量的应用，加深对信号量同步机制的理解。 (5)请根据自身情况，进一步阅读分析相关系统调用的内核源码实现。

2. 设计内容

(1)熟悉 linux 常用命令:pwd，useradd，passwd, who, ps, pstree, kill, top, ls, cd, mkdir, rmdir, cp, rm, mv, cat, more, grep 等。

(2) 实现一个模拟的 shell:

编写三个不同的程序 cmd1.c，cmd2.c，cmd3.c，每个程序的功能自定，分别编译成可执 行文件 cmd1，cmd2，cmd3。然后再编写一个程序，模拟 shell 程序的功能，能根据用户输 入的字符串(表示相应的命令名)，去为相应的命令创建子进程并让它去执行相应的程序，而父进程则等待子进程结束，然后再等待接收下一条命令。如果接收到的命令为 exit，则父 进程结束;如果接收到的命令是无效命令，则显示“Command not found”，继续等待。

(3) 实现一个管道通信程序:

由父进程创建一个管道，然后再创建 3 个子进程，并由这三个子进程利用管道与父进程 之间进行通信:子进程发送信息，父进程等三个子进程全部发完消息后再接收信息。通信的 具体内容可根据自己的需要随意设计，要求能试验阻塞型读写过程中的各种情况，测试管道 的默认大小，并且要求利用 Posix 信号量机制实现进程间对管道的互斥访问。运行程序，观 察各种情况下，进程实际读写的字节数以及进程阻塞唤醒的情况。

(4) 利用 linux 的消息队列通信机制实现两个线程间的通信:

编写程序创建两个线程:sender 线程和 receive 线程，其中 sender 线程运行函数 sender()， 它创建一个消息队列，然后，循环等待用户通过终端输入一串字符，将这串字符通过消息队 列发送给 receiver 线程，直到用户输入“exit”为止;最后，它向 receiver 线程发送消息“end”， 并且等待 receiver 的应答，等到应答消息后，将接收到的应答信息显示在终端屏幕上，删除 相关消息队列，结束程序的运行。Receiver 线程运行 receive()，它通过消息队列接收来自 sender 的消息，将消息显示在终端屏幕上，直至收到内容为“end”的消息为止，此时，它 向 sender 发送一个应答消息“over”，结束程序的运行。使用无名信号量实现两个线程之间 的同步与互斥。

(5) 利用 linux 的共享内存通信机制实现两个进程间的通信:

编写程序 sender，它创建一个共享内存，然后等待用户通过终端输入一串字符，并将这 串字符通过共享内存发送给 receiver;最后，它等待 receiver 的应答，收到应答消息后，将 接收到的应答信息显示在终端屏幕上，删除共享内存，结束程序的运行。编写 receiver 程序， 它通过共享内存接收来自 sender 的消息，将消息显示在终端屏幕上，然后再通过该共享内 存向 sender 发送一个应答消息“over”，结束程序的运行。使用有名信号量或 System V 信号 量实现两个进程对共享内存的互斥及同步使用。

实验五 简单文件系统的实现

1. 设计目的

通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部数据结构、功能以及实现过程的理解。

2. 内容要求

(1) 在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储分区，在其上实现一个简单的基于多 级目录的单用户单任务系统中的文件系统。在退出该文件系统的使用时，应将该虚拟文件系 统以一个文件的方式保存到磁盘上，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。

(2) 文件存储空间的分配可采用显式链接分配或其他的办法。

(3) 空闲磁盘空间的管理可选择位示图或其他的办法。如果采用位示图来管理文件存储 空间，并采用显式链接分配方式，那么可以将位示图合并到 FAT 中。

(4) 文件目录结构采用多级目录结构。为了简单起见，可以不使用索引结点，其中的每 个目录项应包含文件名、物理地址、长度等信息，还可以通过目录项实现对文件的读和写的 保护。

(5) 要求提供以下操作命令:

• my_format:对文件存储器进行格式化，即按照文件系统的结构对虚拟磁盘空间进行布局，并在其上创建根目录以及用于管理文件存储空间等的数据结构。
• my_mkdir:用于创建子目录。
• my_rmdir:用于删除子目录。
• my_ls:用于显示目录中的内容。
• my_cd:用于更改当前目录。
• my_create:用于创建文件。
• my_open:用于打开文件。
• my_close:用于关闭文件。
• my_write:用于写文件。
• my_read:用于读文件。
• my_rm:用于删除文件。
• my_exitsys:用于退出文件系统。