华中科技大学-操作系统课程设计-内含源码和说明书.zip

# 操作系统课程设计🔧 ## 一.目的 - 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 ## 二.设计内容 1. Linux用户界面的使用 > * 编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能. > > - [x] 基本要求:使用系统调用*open/read/write...*; 选择:容错、*cp*。 > > * 编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要求用到Linux下的图形库。 (gtk/Qt) > > - [x] 基本要求:三个独立子进程各自窗口显示;选择:三个进程誊抄演示。 2. 掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用。另编写一个应用程序，使用新增加的系统调用。 > * 内核编译、生成,用新内核启动; > * 新增系统调用实现:文件拷贝或P、V操作。 3. 掌握增加设备驱动程序的方法。通过模块方法，增加一个新的字符设备驱动程序，其功能可以简单,基于内核缓冲区。 > - [x] 基本要求:演示实现字符设备读、写; > - [x] 选择:键盘缓冲区，不同进程、追加、读取。 4. 使用GTK/QT实现系统监控器 > * 了解/proc文件的特点和使用方法 > * 监控系统中进程运行情况 > * 用图形界面实现系统资源的监控 5. 设计并实现一个模拟的文件系统 > * 基于一大文件(10M或100M)，模拟磁盘; > * 格式化，建立文件系统管理数据结构; > * 基本操作，实现文件、目录相关操作。 ## 三.实验环境 - Windows10 +虚拟机Ubuntu19.10 (60G)+内核Linux 5.4.21 ## 四.实验步骤 ### 4.1 Linux用户界面的使用 **1.配置虚拟机** [Vmware安装虚拟机Ubuntu知乎教程链接🔗](https://zhuanlan.zhihu.com/p/38797088) [VMware虚拟机扩展Ubuntu系统磁盘空间教程🔗](https://blog.csdn.net/daemon_2017/article/details/80660372) 其他具体教程就按照个人需求Google就好咯. **2.(task1)编写Get_Copy_Get文件誊抄程序** 这是一个样例,不涉及并发. ```C++ #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define BUFFER_SIZE 1024 int main(int argc,char **argv) { //缓冲区大小 int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char buffer[BUFFER_SIZE]; char *ptr; if(argc!=3) //三个参数 { fprintf(stderr,"Usage:%s fromfile tofile\n\a",argv[0]); return(-1); } /* 打开源文件 */ if((from_fd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1) { fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[1],strerror(errno)); return(-1); } /* 创建目的文件 */ if((to_fd=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1) { fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[2],strerror(errno)); //设定一个缓冲区 return(-1); } /* 以下代码是一个经典的拷贝文件的代码 */ while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE)) { /* 一个致命的错误发生了 */ if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR)) break; else if(bytes_read>0) { ptr=buffer; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read)) { /* 一个致命错误发生了 */ if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break; /* 写完了所有读的字节 */ else if(bytes_write==bytes_read) break; /* 只写了一部分,继续写 */ else if(bytes_write>0) { ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; } } /* 写的时候发生的致命错误 */ if(bytes_write==-1)break; } } close(from_fd); close(to_fd); return(1); } ``` **3.(task2)编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要求用到Linux下的图形库。 (gtk/Qt) ** 因为GTK之前没有接触过,而且有一点点古老,所以我选择了Qt5. 我一共做了四个并发进程,通过fork()来实现.分别监视系统世界、CPU使用率、内存使用率、磁盘使用率.  (源码放在了Github仓库里面,欢迎大家一起学习交流) ### 4.2新增系统调用实现 **以下内容基于Ubuntu19.10 + 内核Linux5.4.21,如果是4.x.x版本的内核,参考以下下文链接** 👉[基于Linux4代内核的新增系统调用步骤](https://blog.csdn.net/qq_41175905/article/details/80529245) **1.配置虚拟机** [Vmware安装虚拟机Ubuntu知乎教程链接🔗](https://zhuanlan.zhihu.com/p/38797088) [VMware虚拟机扩展Ubuntu系统磁盘空间教程🔗](https://blog.csdn.net/daemon_2017/article/details/80660372) **2.更换Ubuntu源为清华源** [更换镜像源链接🔗](https://blog.csdn.net/yumei1998/article/details/83214433) 注意你的Ubuntu版本,选择适配的镜像源,可加快安装包的速度. **3.一键配置所有所需要的包** 换好镜像源后直接在命令行里配置就行了. ``` apt-get install libncurses-dev flex bison openssl libssl-dev dkms libelf-dev libudev-dev libpci-dev libiberty-dev autoconf ``` 后续如果缺其他包就安装系统提示下载就好了 **4.内核下载** 别去www.kernel.org下了,速度实在不忍直视 直接通过下述链接下载配置. [kernel镜像源链接🔗](http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/) 选择合适的版本挑一个下载即可. **5.安装内核** - ctrl+alt+t快速打开CMD,并且输入sudo su获得管理员权限. - 将下载好的内核move到/usr/src目录下,使用命令 ``` sudo mv **/**/**/linux*** /usr/src/ //**代表你刚下载的linux内核的路径 ``` - 进入/usr/src/ 解压文件 ``` sudo tar -xvf linux**** //linux***代表你刚下载的linux内核的文件名,可以用tab自动补齐. ``` - 进入解压出来的内核文件中的kernel目录 ``` cd linux***/kernel ``` - 修改sys.c文件 ``` sudo gedit sys.c //在最末尾加上你想加的新的系统调用 //举个例子,helloworld程序 SYSCALL_DEFINE1(helloworld,int,number){ printk("Hello,world!"); return number+1 } //对系统调用的编写 注意此处与前版本内核的不同 //上述程序中,1代表这个函数只有一个参数,有两个参数就换成2 //helloworld是新增系统调用函数名 //int是参数类型,number是形参. //函数功能就是打印Hello,world!,并且返回1+number.可以通过dmesg看到打印的句子. ``` - 增加系统调用号 ``` //从kernel返回上一级目录 cd /arch/x86/entry/syscalls sudo gedit syscall_64.tbl //增加一个新的系统调用 //例如 335 64 helloworld __x64_sys_helloworld ``` - 增加系统调用头文件 ``` //返回/usr/src/linux***目录 cd include/linux sudo gedit syscalls.h //例如asmlinkage long sys_helloworld(int number); ``` - 最后按照上述步骤编写你的文件copy和P、V操作系统调用程序吧 **6.编译内核** ``` sudo make mrproper //删除之前编译的残余文件.只在第一次编译时执行即可,以免每次编译把重复文件重复编译. sudo make clean //可执行可不执行,因为上一个命令似乎是涵盖了clean的 sudo make menuconfig//在general setup哪里给你的内核换个名字,比如AlexKernel sudo make -j4 //根据你给虚拟机分配的核心数来适配.我分了4核心. sudo make modules_install // 安装内核模块 sudo make install //安装内核 ``` **7.更换系统默认启动内核** [更换启动内核链接🔗](https://blog.csdn.net/cf_wu95/article/details/85984956) **8.重启,编写你的测试c文件.** (PS:不嫌麻烦的可以直接看官方文档。[新增系统调用官方文档🔗](https://www.kernel.org/doc/html/latest/process/adding-syscalls.html)) ### 4.3增加设备驱动程序 [设备驱�