操作系统课程设计proc文件系统

目录目录 0一、实验环境 (1)二、实验报告总体要求 (1)实验一编译L INUX内核 (2)实验二观察L INUX行为 (6)实验三进程间通信 (13)一、实验环境Linux平台◆硬件平台：普通PC机硬件环境。

◆操作系统：Linux环境，例如，红旗Linux或Red Hat Linux；启动管理器使用GRUB。

◆编译环境：伴随着操作系统的默认gcc环境。

◆工作源码环境：一个调试的内核源码，版本不低于2.4.20。

二、实验报告总体要求在2013年11月25日前提交实验报告。

实验报告至少要求包含以下内容：1.引言：概述本次实验所讨论的问题，工作步骤，结果，以及发现的意义。

2.问题提出：叙述本篇报告要解决什么问题。

注意不可以抄写实验要求中的表述，要用自己的话重新组织我们这里所提出的问题。

3.解决方案：叙述如何解决自己上面提出的问题，可以用小标题 3.1,3.2…等分开。

这是实验报告的关键部分，请尽量展开来写。

注意，这部分是最终课程设计的基本分的部分。

这部分不完成，本课程设计不会及格。

4.实验结果：按照自己的解决方案，有哪些结果。

结果有异常吗？能解释一下这些结果吗？同别人的结果比较过吗？注意，这部分是实验报告出彩的地方。

本课程设计要得高分，应该在这部分下功夫。

5.结束语：小结并叙述本次课程设计的经验、教训、体会、难点、收获、为解决的问题、新的疑惑等。

6.附录：加了注释的程序清单，注释行数目至少同源程序行数目比1：2，即10行源程序，至少要给出5行注释。

操作系统课程设计实验报告实验一编译Linux内核实验时间6小时实验目的认识Linux内核的组成，掌握配置、编译、安装Linux内核的步骤。

实验目标下载2.6.19或更新的Linux内核，配置该内核使其支持NTFS，并在新的内核中修改其版本为Linux NameTestKernel x.x.x，其中，Name是你的名字（汉语拼音）；x.x.x是新内核的版本号，最后在你的机器上编译安装这个新内核。

操作系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解操作系统的基本概念、功能、类型和结构，掌握操作系统的五大核心功能模块（处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口）；2. 掌握操作系统的发展历程、主要操作系统（如Windows、Linux、Mac OS）的特点及应用场景；3. 了解操作系统的设计与实现原理，包括进程管理、内存管理、设备管理、文件系统等关键技术；4. 学会使用操作系统提供的命令行或图形界面进行基本的系统操作与维护。

技能目标：1. 培养学生对操作系统的实际操作能力，能够熟练使用至少一种操作系统进行日常管理与维护；2. 培养学生运用操作系统原理解决实际问题的能力，如分析系统性能、诊断故障、优化配置等；3. 提高学生的编程能力，使其能够编写简单的系统程序或脚本，实现特定功能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对操作系统的兴趣，激发学生学习计算机科学的热情；2. 培养学生的团队合作意识，使其在讨论、分析、解决问题的过程中学会倾听、交流、协作；3. 培养学生具备良好的信息素养，关注操作系统领域的最新发展，增强信息安全意识。

课程性质：本课程为计算机科学与技术专业（或相关领域）的必修课，具有较强的理论性和实践性。

学生特点：学生已具备一定的计算机基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但可能对操作系统原理的理解和应用尚有不足。

教学要求：注重理论与实践相结合，以案例驱动、任务导向的方式进行教学，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。

通过本课程的学习，使学生能够掌握操作系统的基本原理，提高实际应用水平，为后续专业课程学习打下坚实基础。

二、教学内容1. 操作系统概述：介绍操作系统的基本概念、功能、类型，比较不同操作系统的特点，分析操作系统的发展趋势。

教材章节：第一章 操作系统概述2. 进程与线程管理：讲解进程与线程的概念、状态与转换，进程调度算法，同步与互斥，死锁与饥饿问题。

教材章节：第二章 进程管理3. 存储管理：介绍内存分配与回收策略，虚拟内存技术，页面置换算法，内存保护机制。

《操作系统》课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握操作系统的基本概念，包括进程、线程、内存管理、文件系统等核心知识；2. 了解操作系统的历史发展，掌握不同类型操作系统的特点及使用场景；3. 掌握操作系统的性能评价方法和常用的调度算法。

技能目标：1. 培养学生运用操作系统知识解决实际问题的能力，如分析系统性能瓶颈、优化系统资源分配等；2. 培养学生具备基本的操作系统编程能力，如进程创建、线程同步、文件操作等；3. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，通过小组讨论和项目实践，学会共同解决问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对操作系统学科的兴趣，激发学生的学习热情，使其形成积极向上的学习态度；2. 培养学生具备良好的信息素养，尊重知识产权，遵循法律法规；3. 培养学生的创新精神和批判性思维，敢于质疑、勇于探索，形成独立思考的能力。

课程性质：本课程为计算机科学与技术专业的核心课程，旨在让学生掌握操作系统的基本原理和实现方法，提高学生的系统分析和编程能力。

学生特点：学生具备一定的编程基础和计算机系统知识，具有较强的逻辑思维能力和动手实践能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，通过案例分析和项目实践，帮助学生将所学知识内化为具体的学习成果。

在教学过程中，关注学生的学习进度和反馈，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 操作系统概述：介绍操作系统的定义、发展历程、功能、类型及特点，对应教材第一章内容。

- 操作系统的起源与发展- 操作系统的功能与类型- 操作系统的主要特点2. 进程与线程：讲解进程与线程的概念、状态、调度算法，对应教材第二章内容。

- 进程与线程的定义与区别- 进程状态与转换- 进程调度算法3. 内存管理：分析内存管理的基本原理、策略和技术，对应教材第三章内容。

- 内存分配与回收策略- 虚拟内存技术- 页面置换算法4. 文件系统：介绍文件系统的基本概念、结构、存储原理，对应教材第四章内容。

计算机系课程设计实验报告课程名称操作系统课程设计实验学期 2012 至 2013 学年第 1 学期学生所在系部计算机与信息管理系年级 2010 专业班级计算机001班学生姓名学号任课教师实验成绩计算机系制一个简单的文件系统的详细设计一、实验目的（1）阅读并调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的工作过程。

从而对各种文件操作命令的实质内容和执行过程有比较深入的了解。

（2）了解设计一个n个用户的文件系统，每个用户可以保存M个文件。

用户在一次运行中只能打开一个文件，对文件必须设置保护措施，且至少有create、delete、open、close、read、write等命令。

二、实验要求1、阅读所给文件系统源程序，并加注释（注释量达60%），2、修改、完善该系统，画出所设计的文件系统的详细流程图。

三、文件系统功能设计1. 功能设计该文件系统是一个多用户、多任务的文件系统。

对用户和用户的文件数目并没有上限。

也就是说该系统允许任何用户申请空间，而且在其目录下的文件数目并不做任何的限制。

该系统可以支持的操作命令如下：①bye——用户注销命令。

当使用该命令时，用户退出系统，注销该用户功能设计并回到登陆界面。

命令格式：bye②close——删除用户注册信息命令。

执行该命令后，用户在系统中的所有信息，包括该用户目录下的所有文件都被删除。

命令执行完成后返回登陆界面。

命令格式：close③create——在当前目录下创建一个文件，且该文件不能跟当前已有的文件重名。

该文件的管理信息登记在用户文件信息管理模块中。

执行完该命令后回到执行命令行。

命令格式：create>file1其中：“>”符为提示符，file1为要创建的文件名。

④delete——删除当前用户目录下的一个文件，命令执行完毕返回至命令行。

命令格式：delete>file1其中：file1为要删除的文件名。

⑤list——显示当前注册目录下的所有文件信息，包括文件名、文件长度、文件操作权限。

操作系统课程设计Linux一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握Linux操作系统的核心概念、原理和应用技能。

通过本课程的学习，学生将能够：1.理解操作系统的基本原理，包括进程管理、内存管理、文件系统和输入/输出系统。

2.掌握Linux操作系统的安装、配置和管理方法。

3.熟练使用Linux命令行界面，进行日常操作和系统管理。

4.掌握Linux常用命令、 shell脚本编写和系统监控工具的使用。

5.了解Linux操作系统在服务器、嵌入式设备和云计算等领域的应用。

二、教学内容本课程的教学内容分为五个部分：1.操作系统概述：介绍操作系统的定义、功能和分类，以及Linux操作系统的历史和发展。

2.进程管理：讲解进程的基本概念、进程控制、进程同步和互斥、死锁及其解决方法。

3.内存管理：介绍内存分配与回收策略、内存保护、虚拟内存和分页分段机制。

4.文件系统：讲解文件和目录结构、文件访问控制、文件系统性能优化和磁盘空间分配策略。

5.输入/输出系统：介绍I/O设备管理、中断和DMA机制、设备驱动程序和I/O调度策略。

三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合的方式，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：教师讲解操作系统的核心概念和原理，引导学生掌握基本知识。

2.讨论法：学生针对实际案例和问题进行讨论，培养学生的思考和分析能力。

3.案例分析法：分析Linux操作系统的实际应用案例，使学生了解操作系统的应用场景。

4.实验法：安排实验室课时，让学生亲自动手进行系统安装、配置和调试，提高学生的实践能力。

四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用权威、实用的Linux操作系统教材，如《Linux操作系统原理与应用》。

2.参考书：提供相关的学术论文、技术博客和在线文档，供学生拓展阅读。

3.多媒体资料：制作课件、教学视频和演示文稿，辅助学生理解和记忆。

4.实验设备：提供Linux服务器、虚拟机和实验室环境，让学生进行实际操作。

操作系统内核课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解操作系统内核的基本概念、结构和功能，掌握操作系统的进程管理、内存管理、文件系统等核心模块的工作原理。

2. 使学生掌握操作系统内核编程的基本方法，学会使用相关工具和接口进行系统调用和驱动程序开发。

3. 帮助学生了解操作系统安全性、稳定性的重要性，掌握基本的系统调试和优化技巧。

技能目标：1. 培养学生具备分析操作系统内核源代码的能力，能够阅读和理解常见的操作系统内核模块。

2. 培养学生具备设计、编写和调试简单的操作系统内核模块的能力，能够实现特定功能并进行性能优化。

3. 提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，能够针对具体场景提出合理的操作系统内核设计方案。

情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱操作系统内核技术，树立积极探索、持续学习的信念。

2. 培养学生的团队协作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题，形成良好的沟通与协作能力。

3. 引导学生关注操作系统内核技术的发展趋势，认识到技术进步对社会发展的重要性，树立社会责任感。

本课程针对高年级学生，课程性质为专业核心课。

在教学过程中，需充分考虑学生的认知特点，注重理论与实践相结合，引导学生主动探究、动手实践。

通过本课程的学习，期望学生能够掌握操作系统内核的基本知识和技能，为未来从事相关领域的研究和工作打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容围绕以下三个方面展开：1. 操作系统内核基础理论- 深入讲解操作系统内核的基本概念、结构、功能和设计原理。

- 分析进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等核心模块的工作机制。

2. 操作系统内核编程实践- 介绍操作系统内核编程的基本方法，包括系统调用、驱动程序开发等。

- 结合教材示例，指导学生阅读和分析操作系统内核源代码。

教学大纲安排：1）第1-4周：操作系统内核基础理论2）第5-8周：进程管理、内存管理编程实践3）第9-12周：文件系统、设备管理编程实践3. 操作系统内核优化与调试- 讲解操作系统内核安全性、稳定性方面的知识，分析常见漏洞和防护措施。

/proc文件系统编程在Linux中有一个另外的机制来使内核及内核模块发送信息给进程——/proc文件系统。

．/proc文件系统在Linux中有一个另外的机制来使内核及内核模块发送信息给进程——/proc文件系统。

/proc文件系统最初是设计使得容易得到进程的信息（从名字可以看出），现在却被任意一块有内容需要报告的内核使用，比如拥有模块列表的/proc/modules和拥有内存使用统计信息的/proc/meminfo。

使用proc文件系统的方法很象使用设备驱动——你创建一个数据结构，使之包含/proc文件需要的全部信息，包括所有函数的句柄（在我们的例子里只有一个，在试图读取/proc 文件时调用）。

然后，用init_module注册这个结构，用cleanup_module注销。

我们使用proc_register_dynamic（注3.1）的原因是我们不希望决定以后在文件中使用的索引节点数，而是让内核来决定它，为了防止冲突。

标准的文件系统是在磁盘上而不是在内存（/proc的位置在内存），在这种情况下节点数是一个指向文件的索引节点所在磁盘地址的指针。

这个索引节点包含了文件的有关信息比如文件的访问权限以及指向磁盘地址的指真或者文件数据的位置。

因为在文件打开或关闭时我们没有调用，所以在模块里无处可放宏MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT，而且如果文件被打开了或者模块被删除了，就没有办法来避免这个结果。

下一章我们将会看到一个更困难的处理/proc的方法，但是也更加灵活，也能够解决这个问题。

ex procfs.c/* procfs.c - create a "file" in /proc* Copyright (C) 1998-1999 by Ori Pomerantz*//* The necessary header files *//* Standard in kernel modules */#include <linux/kernel.h> /* We're doing kernel work */#include <linux/module.h> /* Specifically, a module *//* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */#if CONFIG_MODVERSIONS==1#define MODVERSIONS#include <linux/modversions.h>#endif/* Necessary because we use the proc fs */#include <linux/proc_fs.h>/* In 2.2.3 /usr/include/linux/version.h includes a* macro for this, but 2.0.35 doesn't - so I add it* here if necessary. */#ifndef KERNEL_VERSION#define KERNEL_VERSION(a,b,c) ((a)*65536+(b)*256+(c)) #endif/* Put data into the proc fs file.Arguments=========1. The buffer where the data is to be inserted, ifyou decide to use it.2. A pointer to a pointer to characters. This isuseful if you don't want to use the bufferallocated by the kernel.3. The current position in the file.4. The size of the buffer in the first argument.5. Zero (for future use?).Usage and Return Value======================If you use your own buffer, like I do, put itslocation in the second argument and return the number of bytes used in the buffer.A return value of zero means you have no further information at this time (end of file). A negativereturn value is an error condition.For More Information====================The way I discovered what to do with this function wasn't by reading documentation, but by reading the code which used it. I just looked to see what usesthe get_info field of proc_dir_entry struct (I used a combination of find and grep, if you're interested),and I saw that it is used in /fs/proc/array.c.If something is unknown about the kernel, this is usually the way to go. In Linux we have the great advantage of having the kernel source code for free - use it.*/int procfile_read(char *buffer,char **buffer_location,off_t offset,int buffer_length,int zero){int len; /* The number of bytes actually used *//* This is static so it will still be in memory* when we leave this function */static char my_buffer[80];static int count = 1;/* We give all of our information in one go, so if the * user asks us if we have more information the* answer should always be no.** This is important because the standard read* function from the library would continue to issue * the read system call until the kernel replies* that it has no more information, or until its* buffer is filled.*/if (offset > 0)return 0;/* Fill the buffer and get its length */len = sprintf(my_buffer,"For the %d%s time, go away! ", count,(count % 100 > 10 && count % 100 < 14) ? "th" : (count % 10 == 1) ? "st" :(count % 10 == 2) ? "nd" :(count % 10 == 3) ? "rd" : "th" );count++;/* Tell the function which called us where the* buffer is */*buffer_location = my_buffer;/* Return the length */return len;}struct proc_dir_entry Our_Proc_File ={0, /* Inode number - ignore, it will be filled by* proc_register[_dynamic] */4, /* Length of the file name */"test", /* The file name */S_IFREG | S_IRUGO, /* File mode - this is a regular * file which can be read by its* owner, its group, and everybody* else */1, /* Number of links (directories where the* file is referenced) */0, 0, /* The uid and gid for the file - we give it* to root */80, /* The size of the file reported by ls. */NULL, /* functions which can be done on the inode * (linking, removing, etc.) - we don't* support any. */procfile_read, /* The read function for this file,* the function called when somebody* tries to read something from it. */NULL /* We could have here a function to fill the* file's inode, to enable us to play with* permissions, ownership, etc. */};/* Initialize the module - register the proc file */int init_module(){/* Success if proc_register[_dynamic] is a success,* failure otherwise. */#if LINUX_VERSION_CODE > KERNEL_VERSION(2,2,0) /* In version 2.2, proc_register assign a dynamic* inode number automatically if it is zero in the* structure , so there's no more need for* proc_register_dynamic*/return proc_register(&proc_root, &Our_Proc_File);#elsereturn proc_register_dynamic(&proc_root, &Our_Proc_File); #endif/* proc_root is the root directory for the proc* fs (/proc). This is where we want our file to be* located.*/}/* Cleanup - unregister our file from /proc */void cleanup_module(){proc_unregister(&proc_root, Our_Proc_File.low_ino);}。

Struct proc_dir_entry *proc_mkdir(const char *name, struct proc_dir_entry *parent)说明：Name：要创建的目录名Parent：父目录指针返回值：proc_dir_entry类型指针，以后会传递这个指针到create_proc_read_entry() 里在name目录下创建文件。

用法：Struct proc_dir_entry *parent;Parent=proc_mkdir(“myproc”,NULL);Create_proc_read_entry(“scullmem”,0744,parent,scull_read_procmem,NULL);函数create_proc_entry，由它创建并注册proc文件struct proc_dir_entry *create_proc_entry(const char *name, mode_t mode,struct proc_dir_entry *parent)这样，在/proc下创建了myproc目录，并在myproc目录下创建了一个名为scullmem的文件，权限为0744proc_dir_entry结构体的详解：相对于其他逻辑文件系统的具体文件组织形式（比如ext2文件系统的inode），proc文件系统也有自己的组织结构，那就是proc_dir_entry结构，所属于proc文件系统的文件，都对应一个proc_dir_entry结构，并且VFS需要读取proc文件的时候，把这个结构和VFS的inode建立链接（即由inode u.generic_ip指向该proc_dir_entry结构），因此，proc文件系统实现了一套对proc_dir_entry结构的管理。

1.proc_dir_entry结构,这个结构体描述了一个proc文件的全部信息，每一个proc文件都是由这个结构体来表示的struct proc_dir_entry{unsigned short low_ino; //这是用来唯一标志proc_dir_entry结构的节点号，也就是proc文件系统内的索引节点的标号，除了根节点，其他的节点号都是在创建proc_dir_entry的时候，由make_inode_number（）动态创建的unsigned short namelen;const char *name; //这个proc文件的名字mode_t mode; //文件的模式，由两部分用位或运算组成，第一部分是文件的类型如S_IFREG表示普通文件，S_IFDIR表示目录文件，第二部分是文件的权限如S_IRUSR表示该文件能够被拥有者读，S_IROTH表示可以被其他人读取nlink_t nlink;uid_t uid;gid_t gid;unsigned long size; //文件大小struct inode_operator *proc_iops; //这是一个inode_operations结构，其中设置了针对这个proc索引节点的操作函数，这样，我们就可以针对不同类型的proc 文件，提供不同的方法，以完成不同的工作。