操作系统课程设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,操作系统,课程,设计,1,操作系统课程设计1,内容简介,设计目的,设计内容,实施方法及要求,时间安排,辅导,2,内容简介设计目的2,设 计 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,3,设 计 目 的掌握Linux操作系统的使用方法3,内容简介,设计目的,设计内容,实施方法及要求,时间安排,辅导,4,内容简介设计目的4,设 计 内 容,(1),要求,:,熟悉和理解,Linux,编程环境,内容,1),编写一个,C,程序，用,fread,、,fwrite,等,库函数,实现文件拷贝功能。,2,),编写,一个,C,程序，,使用基于文本的终端图形编程库,(curses),或图形界面,(QT/GTK,），,分窗口显示三个并发进程的,运行,(,一,个窗口实时显示当前时间，一个窗口实时监测,CPU,的利用率，一个窗口做,1,到,100,的累加求和，刷新周期分别为,1,秒，,2,秒和,3,秒,),。,5,设 计 内 容 (1)要求: 熟悉和理解Linux编程环境5,设 计 内 容,(2),要求：,掌握添加系统调用的方法,内容,采用编译内核的方法，添加一个新的系统调用实现文件拷贝功能,编写一个应用程序，测试新加的系统调用,6,设 计 内 容 (2)要求：掌握添加系统调用的方法6,设 计 内 容,(3),要求：,掌握,添加设备驱动程序的方法,内容,采用模块方法，,添加一个新的字符,设备的,驱动程序，实现打开,/,关闭、读,/,写等基本操作,编写一个应用程序，测试添加的驱动程序,7,设 计 内 容 (3)要求：掌握添加设备驱动程序的方法7,设 计 内 容,(4),要求：,理解,和分析,/proc,文件,内容,了解,/proc,文件的特点和使用方法,监控系统状态，显示系统部件的使用情况,用图形,界面监控系统状态，包括,CPU,和内存利用率、所有进程信息等,(,可自己补充、添加其他功能,),8,设 计 内 容 (4)要求：理解和分析/proc文件8,设 计 内 容,(5),要求：,理解和掌握文件系统的设计方法,（选做）,内容,设计、实现一个模拟的文件系统,包含文件,/,目录创建,/,删除，目录显示等基本功能,(,可自行扩充文件读,/,写、用户登录、权限控制、读写保护等其他功能,),9,设 计 内 容(5)要求：理解和掌握文件系统的设计方法,10,内容简介,设计目的,设计内容,实施方法及要求,时间安排,辅导,10内容简介设计目的,实施方法及要求,每位同学必须,独立,完成课程设计内容,支持借鉴和学习已有的优秀知识！,反对全盘拷贝，不求甚解！,吸收和消化他人经验，做自己的课程设计！,11,实施方法及要求每位同学必须独立完成课程设计内容11,实施方法及要求,上机检查：根据要求演示完成的系统，并回答老师的问题或按要求修改程序,报告提交：,纸质课程设计报告,(,双面打印,),：内容包括实验目的、实验内容、实验设计、实验环境及步骤、调试记录和课程设计心得等,光盘：课程设计报告电子版和程序清单（附注释），每个班一张光盘,12,实施方法及要求上机检查：根据要求演示完成的系统，并回答老师的,实施方法及,要求,班级安排：,成绩依据：检查情况,+,报告撰写情况,完成前两题：,60-65,完成前三题：,65-75,完成四题或选做题：,75-90,完成四题和选做题：,90,以上,13,实施方法及要求班级安排：13,14,内容简介,设计目的,设计内容,实施方法及要求,时间安排,辅导,14内容简介设计目的,15,课程设计时间：第一周、,第二周,课程,设计地点：,中期检查：,最后,检查：,实验报告提交：,时间安排,15课程设计时间：第一周、第二周时间安排,16,内容简介,设计目的,设计内容,实施方法及要求,时间安排,辅导,16内容简介设计目的,17,课程设计辅导,Linux,系统的相关知识,进程并发,添加系统调用,添加设备驱动程序,/proc,文件分析,17课程设计辅导Linux系统的相关知识,Linux,系统的相关知识,内核版本：,major.minor.patch-build,major,：主版本号，有结构性变化时变更,minor,：次版本号，新增功能时发生变化,奇数表示开发版，偶数表示稳定版,patch-build,：修订版本号,18,发行版：,内核最新版,4.4,Linux系统的相关知识内核版本：major.minor.p,Linux,系统的常用目录,19,系统管理员和普通用户使用的命令,Linux,内核和系统启动文件,Linux,的所有设备文件，如,/dev/hda,代表第一个物理,IDE,硬盘,系统管理所需的配置文件和子目录,用户的主户目录,命令、程序库、文档和其他文件,Linux系统的常用目录19系统管理员和普通用户使用的命令L,Linux,系统的核心源码,20,Linux系统的核心源码20,21,课程设计辅导,Linux,系统的相关知识,进程并发,添加系统调用,添加设备驱动程序,/proc,文件分析,21课程设计辅导Linux系统的相关知识,进程并发,pid=fork(),：创建子进程。,返回值,:0,从子进程返回,0,从父进程返回,exit,进程自我终止，进入僵死状态,wait( ),等待进程终止,(,由父进程调用,),exec( ),执行一个可执行程序,(,文件,),22,进程并发pid=fork()：创建子进程。22,fork(),系统调用,23,fork()系统调用23,课程设计辅导,Linux,系统的相关知识,进程并发,添加系统调用,添加设备驱动程序,/proc,文件分析,24,课程设计辅导Linux系统的相关知识24,添加系统调用,Linux,系统调用机制,Linux,内核中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序，称为,系统调用,用户可以通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们,系统调用与普通函数调用的区别,系统调用 核心态 操作系统核心提供,普通的函数调用 用户态 函数库或用户自己提供,25,添加系统调用Linux系统调用机制25,添加系统调用（续）,Linux,系统调用机制,int 0x80,使用寄存器中适当的值跳转到内核中事先定义好的代码中执行：跳转到系统调用的总入口,system_call,，检查系统调用号，再查找系统调用表,sys_call_table,，调用内核函数，最后返回,系统调用是靠一些宏，一张系统调用表，一个系统调用入口来完成的,26,添加系统调用（续）Linux系统调用机制 26,添加系统调用（续）,与系统调用相关的内核代码文件：,系统调用服务例程,如,arch/x86/kernel/sys.c,系统调用清单（为每个系统调用分配唯一号码）,如,arch/x86/include/asm/unistd.h,系统调用表,如,arch/x86/kernel/syscall_table.s,不同版本,Linux,，文件名和存放位置会有所不同！,27,添加系统调用（续）与系统调用相关的内核代码文件：27,添加系统调用（续）,步骤,_1,添加源代码,编写添加到内核中的源程序，函数名以,sys_,开头。,如：,mycall(int num),，在,arch/x86/kernel/sys.c,文件中添加如下代码：,asmlinkage int sys_,mysyscall,(int number),return number; /,该系统调用仅返回一个整型值,28,添加系统调用（续）步骤_1 添加源代码28,添加系统调用（续）,步骤,_2,连接新的系统调用,使内核的其余部分知道该系统调用的存在。为此，需编辑两个文件：,arch/x86/include/asm/unistd.h,系统调用清单,(,为每个系统调用分配唯一号码,),define _,NR_,mysyscall,nnn,其中，,mysyscall,：系统调用名,nnn,：系统调用号，不能与其他系统调用号,相同,并修改系统调用总数：,#define NR_syscalls,XXX,arch/x86/kernel/syscall_table.s,增加新的内核函数指针,.long,sys_,mysyscall,29,添加系统调用（续）步骤_2 连接新的系统调用 29,添加系统调用（续）,步骤,_3,重建,Linux,内核,以,root,身份进入,/usr/src/linux,目录，重建,内核,#make mrproper,/,清除之前,编译信息，避免生成的文件不一致,#make oldconfig /,配置内核与当前配置相同,make config,基于文本的传统配置界面,make menuconfig,基于文本的菜单形式，字符终端下使用,make xconfig,基于图形窗口模式，,Xwindow,下,使用,#make /,编译,内核,#make modules_install /,生成并安装,模块,#,make install /,安装新的系统,30,添加系统调用（续）步骤_3 重建Linux内核30,添加系统调用（续）,步骤,_4,重启选用新内核,步骤,_5,使用新的系统调用,应用程序,app.c,中调用新添加的系统调用,mysyscall,：,int syscall(int number, );,31,添加系统调用（续）步骤_4 重启选用新内核31,课程设计辅导,Linux,系统的相关知识,进程并发,添加系统调用,添加设备驱动程序,/proc,文件分析,32,课程设计辅导Linux系统的相关知识32,添加设备驱动程序,设备驱动程序,一组常驻内存的具有特权的共享库，是低级硬件处理例程,每个设备文件有两个设备号,主设备号标识驱动程序,从设备号表示使用同一个设备驱动程序的不同硬件设备,设备驱动程序的功能,对设备初始化和释放,把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据,读取应用程序传给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据,检测和处理设备出现的错误,33,添加设备驱动程序设备驱动程序33,添加设备驱动程序（续）,Linux,支持的设备类型,字符设备, c,存取时没有缓存；对字符设备发出读写请求时，实际的,I/O,就发生了。如：鼠标、键盘等。,块设备, b,利用一块系统内存区域作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户要求时，返回请求数据，否则，调用请求函数进行实际的,I/O,操作。如：硬盘、软盘、,CD-ROM,等。,网络设备,34,添加设备驱动程序（续）Linux支持的设备类型34,添加设备驱动程序（续）,注册设备：向系统登记设备及驱动程序的入口点,int register_chrdev (unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);,/,向系统的字符设备表登记一个字符设备,/major,：希望获得的设备号，为,0,时系统选择一个没有被占用的设备号返回。,/name,：设备名,/fops,：登记驱动程序实际执行操作的函数的指针,/,登记成功，返回设备的主设备号，否则，返回一个负值,int register_blkdev (unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);,/,向系统的块设备表登记一个块设备,35,添加设备驱动程序（续）注册设备：向系统登记设备及驱动程序的入,添加设备驱动程序（续）,设备卸载,int unregister_chrdev (unsigned int major, const char *name);,/,卸载字符设备,/,major,：要卸载设备的主设备号,/name,：设备名,int unregister_blkdev (unsigned int major, const char *name);,/,卸载块设备,36,添加设备驱动程序（续）设备卸载36,添加设备驱动程序（续）,Linux,系统采用一组固定的入口点来实现驱动设备的功能。,open,入口点,:,打开设备。对将要进行的,I/O,操作做好必要的准备工作，如清除缓冲区等,close,入口点,:,关闭一个设备,read,入口点,:,从设备上读数据,write,入口点,:,往设备上写数据,ioctl,入口点,:,执行读、写之外的操作,select,入口点,:,检查设备，看数据是否可读或设备是否可用于写数据,37,添加设备驱动程序（续）Linux系统采用一组固定的入口点来实,添加设备驱动程序,内核模块,(LKM, Loadable Kernel Modules),Linux,核心是一种,monolithic,类型的内核，即单一的大核心,linux,内核是一个整体结构，因此向内核添加或者删除某些功能，都十分困难。为了解决这个问题，引入了模块机制，从而可以动态的在内核中添加或删除模块,38,添加设备驱动程序内核模块(LKM, Loadable Ker,添加设备驱动程序,(,续）,模块的实现机制,模块初始化,(,注册,),int init_module( ), ,；,模块卸载,(,注销,),int cleanup_module( ) ,；,操作,unsigned long sys_create_module (char *name, unsigned long size); /,重新分配内存,int sys_delete_module (char *name); /,卸载,int sys_query_module (const char *name, int which, void *buf, size_t bufsize, size_t *ret); /,查询,39,添加设备驱动程序(续）模块的实现机制39,添加设备驱动程序（续）,模块编程实例,hello.c,源码,40,printk(hello world !n);,printk(I have runing in a kernel mod! n);,return 0;,void cleanup_module() /*,模块卸载 *,/,printk( I will shut down myself in kernel mode!n);,#include linux/kernerl.h,#include linux/module.h,/*,处理版本问题,CONFIG_MODVERSIONS */,#if CONFIG_MODVERSIONS=1,#define MODVERSIONS,#include linux/version.h,#end if,int init_module() /*,模块初始化*,/,添加设备驱动程序（续）模块编程实例40 printk(h,添加设备驱动程序（续）,模块的实现机制,模块加入：,insmod modulename.ko,查看模块：,lsmod,删除模块：,rmmod modulename,41,添加设备驱动程序（续）模块的实现机制41,添加设备驱动程序（续）,添加设备驱动程序的方法,编写设备驱动程序,mydev.c,设备驱动模块的编译,Makefile,文件的使用,加载设备驱动模块,:,insmod mydev.ko,若加载成功，在文件,/proc/devices,中能看到新增加的设备，包括设备名,mydev,和主设备号。,生成设备文件：,mknod /dev/test c 254 0,其中，,test,为设备文件名，,254,为主设备号，,0,为从设备号，,c,表示字符设备,42,添加设备驱动程序（续）添加设备驱动程序的方法42,添加设备驱动程序（续）,编写应用程序，测试驱动程序,43,if ( testdev = -1 ),printf(Cannt open file n);,exit(0);,read(testdev,buf,10);,for (i = 0; i 10;i+),printf(%dn,bufi);,close(testdev);,#include ,#include ,#include ,#include ,int main(),int testdev;,int i;,char buf10;,testdev = open(/dev/test,O_RDWR);,添加设备驱动程序（续）编写应用程序，测试驱动程序43,课程设计辅导,Linux,系统的相关知识,进程并发,添加系统调用,添加设备驱动程序,/proc,文件分析,44,课程设计辅导Linux系统的相关知识44,/proc,文件分析,proc,文件系统,进程文件系统和内核文件系统组成的复合体,将内核数据对象化为文件形式进行存取的一种内存文件系统,监控内核的一种用户接口，拥有一些特殊的纯文本文件，从中可以获取系统状态信息,系统信息：与进程无关，随系统配置的不同而不同,进程信息：系统中正在运行的每一个用户级进程的信息,45,/proc文件分析proc文件系统45,/proc,文件分析,系统信息,/proc/cmd/line:,内核启动的命令行,/proc/cpuinfo: CPU,信息,/proc/stat: CPU,的使用情况、磁盘、页面、交换、所有的中断、最后一次的启动时间等,/proc/meminfo:,内存状态的有关信息,进程信息,/proc/$pid/stat,/proc/$pid/status,/proc/$pid/statm,46,/proc文件分析系统信息46,/proc,文件分析,监控系统功能,通过读取,proc,文件系统，获取系统各种信息，并以比较容易理解的方式显示出来,C,语言开发，图形界面直观展示,具体包括：,主机名、系统启动时间、系统运行时间、版本号、所有进程信息、,CPU,类型、,CPU,的使用率、内存使用率,-,参照,WINDOWS,的任务管理器，实现其中的部分功能,47,/proc文件分析监控系统功能47,模拟文件系统设计（选择）,设计和实现一个简单的文件系统。内容包括：,建立文件存储介质的管理机制,建立目录（采用一级目录结构）,文件系统功能（显示目录、创建、删除、打开、关闭、读、写）,文件操作接口（显示目录、创建、删除、打开、关闭、读、写）,48,模拟文件系统设计（选择）设计和实现一个简单的文件系统。内容包,模拟文件系统设计（选择）,方法,1,：申请一个,100MB,的文件，模拟文件系统的存储空间就是该文件的存储空间，利用该文件的,I,结点的信息建立模拟文件系统的存储介质管理机制（表、链均可）,方法,2,：在磁盘上建立一个独立的分区,要求：写清楚设计思路、设计框架、设计方案等,49,模拟文件系统设计（选择）方法1：申请一个100MB的文件，模,课程设计辅导,参考资料,计算机操作系统实验指导（,Linux,版），郑然，庞丽萍编著，人民邮电出版社,其他各种网络、,书籍资源,50,课程设计辅导参考资料计算机操作系统实验指导（Linux版,