基于C++进行操作系统课程设计实验【100013085】

山东大学操作系统课程设计实验报告 # 一、摘要 # 实验一 Nachos 系统的安装与调试 ## 工作总结 1、完成了 Nachos 和 GCC 的安装和调试。 2、利用 gdb 工具跟踪 Nachos 的执行过程以及跟踪上下文切换函数 SWITCH()及函数 ThreadRoot()的执行过程。 # 实验三 利用信号量实现线程同步 ## 工作总结 1、分析了 main.cc system.cc utility.cc interrupt.h timer.h threads.h switch.s scheduler.h synch.h ring.h Threadtest prodcons.cc 等文件中的代码。 2、在 prodcons.cc 中加入 ProdCons() Producer() Consumer()实现了生产者消费者模型。利用信号量实现线程同步。完成了相关调试工作。 # 实验四 实验五 Nachos 的文件系统 ## 工作总结 1、分析了 mian.cc disk.h synchDisk.h bitmap.h filehdr.h openfile.h directory.h filesys.h fstest.cc 等文件中的代码。 2、通过修改 OpenFile 类 FileSystem 类 FileHeader 类实现了文件的大小可扩展性。可实现写入过程中文件大小的增长。实现了 ap nap hap 等 shell 命令。 3、通过修改 DirectoryEntry 类 FileSystem 类 Directory 类 fstest.cc main.cc，增加 CurDir 类实现多级目录。实现相对路径和绝对路径的处理。实现了当前路径的变更。实现了级联删除。实现了 cd pwd ls mkdir cat rm rmdir cp rmdir-r 等 shell 命令。 4、完成了相关调试工作。 ## 特色 1、实现了文件的大小可扩展性。可实现写入过程中文件大小的增长。 2、实现了 ap nap hap 等 shell 命令。 3、实现了多级目录。 4、实现相对路径和绝对路径的处理。 5、实现了当前路径的变更。 6、实现了级联删除。 7、实现了 cd pwd ls mkdir cat rm rmdir cp rmdir-r 等 shell 命令。 # 实验六 实验七 实验八 Nachos 用户程序与系统调用 ## 工作总结 1、分析了 machine.h translate.h noff.h mipssim.h addrSpace.h thread.h schedule.h syscall.h start.s progtest.cc exception.cc 等文件中的代码。 2、通过 AddrSpace 类添加 Print()方法实现进程页表打印。 3、通过修改 system.cc AddrSpace 类实现进程地址空间扩展，实现多道程序。 4、通过修改 AddrSpace 类 progtest.cc exception.cc，增加 Pcb 类实现 Exec()系统调用。 5、通过修改 Pcb 类 AddrSpace 类 List 类 Scheduler 类 Thread 类 system.cc exception.cc 实现 Join() Exit()系统调用。 6、通过修改 exception.cc 实现 Yield()系统调用。 7、shell 脚本除运行 noff 可执行文件外，还实现了 ls 等 shell 命令。 8、通过修改 Pcb 类 exception.cc 实现 Create() Open() Write() Read() Close()系统调用。主要实现了进程打开文件表。 9、编写 sh.noff read.noff exec.noff yiel.noff halt.noff 作为测试文件，拷贝到 Nachos 文件系统中。 10、完成了相关调试工作。 ## 特色 1、实现了 Halt() Exec() Join() Exit() Yield() Create() Open() Write() Read() Close()系统调用。 2、编写 sh.noff read.noff exec.noff yiel.noff halt.noff 作为测试文件，实现了上述系统调用的全面测试。 3、noff 文件拷贝到 Nachos 文件系统中。在 Nachos 文件系统多级目录中完成调试工作。 4、sh.noff 作为 shell 脚本程序，除运行 noff 可执行文件外，还实现了 ls 等 shell 命令。 5、Pcb 类的加入使进程的概念更加清晰、整体。 6、实现了进程打开文件表、进程文件描述符。 # 二、正文 ## 1 实验一 Nachos 系统的安装与调试 ### 1.1 Nachos 系统的安装与调试过程 #### 1.1.1 检查系统是否支持多架构  #### 1.1.2 安装 32 位编译环境与支持库 如果未安装 gcc 及 g++ 编译器，请提前安装它们 sudo apt-get install build-essential g++-multilib gcc-multilib #### 1.1.3 解压 Nachos 源码 将 nachos-3.4-SDU-64-.tar.gz 文件复制到你所希望的目录中 tar -xzvf nachos-3.4-SDU-64.tar.gz #### 1.1.4 进入目录 ../nachos-3.4-SDU/code/threads 进行测试 cd nachos-3.4-SDU-64/code/threads Make clean  Make  ./nachos  #### 1.1.5 在../code/filesys，以及../code/userprog 目录下采用同样的方法测试 Nachos 的相关代码是否正常运行。   #### 1.1.6 测试../code/test 将交叉编译器 gcc-2.8.1-mips.tar.gz 复制到/usr/local 目录中并解压； 进入../code/test，在命令终端中依次运行下述命令 make clean  Make  #### 1.1.7 测试生成的 Nachos 可执行程序 noff ./nachos -x ../test/halt.noff  ./nachos -x ../test/shell.noff 对于 shell.c、sort.c、matmult.c 等几个应用程序，由于它们调用了 Nachos 的几个系统调用（如 Exec、Join、Exit）；这些系统调用目前尚未实现，需要你们实现；因此无法正常运行。如 shell.noff 输出信息如下：  ### 1.2 Nachos 系统的安装与调试过程中的思考 #### 1.2.1 为什么 gcc-2.8.1-mips.tar.gz 一定要安装在/usr/local 目录中 打开 code/Makefile.dep，在大约 38 行左右，查看变量 GCCDIR 的值，会得到答案：GCCDIR = /usr/local/mips/bin/decstation-ultrix-。 #### 1.2.2 交叉编译器用于将../test 目录下的 Nachos 应用程序（如 halt.c）编译成 coff 格式文件，经转换后会生成 Nachos 可执行的文件 halt.noff .noff 可执行文件中的指令基于 MIPS 架构，Nachos 模拟的 CPU 执行 MIPS 架构的指令。 #### 1.2.3 在你所生成的 Nachos 系统中，下述函数的地址是多少？并说明找到这些函数地址的过程及方法。 i. InterruptEnable() ii. SimpleThread() iii. ThreadFinish() iv. ThreadRoot() gdb 自带命令可以查看某个函数的地址空间，指令为 p 函数名借此可以查看题目给出的四个函数在内存中的地址空间  #### 1.2.4 下述线程对象的地址是多少？并说明找到这些对象地址的过程及方法。 要想找到两个线程的地址空间，我们首先应该对源码进行分析，然后确定好断点要打的位置。i.通过分析，我们发现在位于 system.cc 中的 Initialize 函数有这样的代码：而根据 Initialize 函数在 main 函数中十分靠前的位置，我们可以确定，这里就是主线程的初始处。因此，我们只需要给 Initialize 函数打断点，进入后执行到 currentThread 设置状态的部分，然后查看其内存地址即可，效果如下：如图所示，其内存地址为 0x8053a88。  通过分析源码，我们知道主线程 Fork 子线程的地方在 threadtest.cc 的 ThreadTest1 函数中：因此我们只需要在 ThreadTest1 函数�