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Linux操作系统实验总结分析报告从系统的⾓度分析影响程序执⾏性能的因素1.Linux系统概念模型从全局的⾓度来看，Linux系统分为内核空间和⽤户空间，但毫⽆疑问内核空间是Linux系统的核⼼，因为内核负责管理整个系统的进程、内存、设备驱动程序、⽂件，决定着系统的性能和稳定性。
于是从这个⾓度我构建的Linux系统的概念模型如下图所⽰：此模型将Linux系统主要划分为四个模块：内存管理、进程管理、设备驱动程序、⽂件系统。
这四个部分也是⼀个操作系统最基本也是最重要的功能。
2.概念模型解析2.1 内存管理Linux系统采⽤虚拟内存管理技术，使得每个进程都有各⾃互不⼲涉的进程地址空间。
该空间是块⼤⼩为4G的线性虚拟空间，⽤户所看到和接触到的都是该虚拟地址，⽆法看到实际的物理内存地址。
利⽤这种虚拟地址不但能起到保护操作系统的效果（⽤户不能直接访问物理内存），⽽且更重要的是，⽤户程序可使⽤⽐实际物理内存更⼤的地址空间。
内存管理主要有分为如下⼏个功能：地址映射、虚拟地址管理、物理内存管理、内核空间管理、页⾯换⼊换出策略和⽤户空间内存管理，这些模块的架构图如下所⽰：2.2 进程管理进程管理是Linux系统⾮常重要的⼀部分，进程管理虽然不像内存管理、⽂件系统等模块那样复杂，但是它与其他⼏个模块的联系是⾮常紧密的。
进程管理主要包括进程的创建、切换、撤销和进程调度。
2.2.1 进程的创建、切换、撤销进程的创建：在Linux编程中，⼀般采⽤fork()函数来创建新的进程，当然，那是在⽤户空间的函数，它会调⽤内核中的clone()系统调⽤，由clone()函数继续调⽤do_fork()完成进程的创建。
整个进程创建过程可能涉及到如下函数：fork()/vfork()/_clone----------->clone()--------->do_fork()---------->copy_process()进程的切换：进程切换⼜称为任务切换、上下⽂切换。
实验名称实验一Linux操作系统定制安装实验地点博学楼实验时间4月16日网络实验室一、实验目的和要求⑴通过对Linux 操作系统的定制安装，建立对Linux操作系统的初步认识，为后续实验的进行提供基础平台。
⑵掌握Linux操作系统的虚拟机定制安装。
⑶熟悉Linux文件目录结构二、实验内容和原理实验内容：利用虚拟机软件定制安装Linux操作系统，熟悉安装过程中各个选项的意义。
实验原理：虚拟机可以说是一种软件，也可以说是一种技术，它允许用户在一台主机上虚拟出多台计算机，每台虚拟的计算机都可以有自己的硬件及软件配置。
三、主要仪器设备PC机、VMware Player、Redhat/Ubuntu/Fedora四、操作方法与实验步骤⑴安装VMware Player⑵在VMware Player当中创建一个新的虚拟机，指定安装包的路径。
⑶安装定制Redhat Enterprise Linux 5.0说明：⑴对软件开发和和网络服务包进行定制。
⑵选择samba服务、nfs服务、tftp服务、Telnet服务和FTP服务⑶关闭系统防火墙、禁用SELinux服务。
⑷手动设置系统分区。
五、实验数据记录和处理1、安装Ubuntu进入界面：2、选择tftp服务3、对软件开发和网络服务包进行定制，都选择老的软件开发和老的网络服务器4、关闭系统防火网5、禁用SELinux服务六、实验结果与分析七、讨论、心得通过这次实验，在自己电脑的虚拟机上安装好了Ubuntu的镜像文件，并在Ubuntu下写了一些简单的命令，深深地感觉在虚拟机上运行Ubuntu远远要比双系统下方便得多，尤其是在两种不同系统下来回切换。
由于电脑上之前就已经安装过虚拟机，所以，实验报告中未对虚拟机的安装加以赘述。
实验名称实验二熟悉Linux系统的基本命令实验时间4月18日实验地点博学楼网络实验室一、实验目的和要求⑴熟悉Linux命令格式⑵学会如何获取命令帮助信息⑶熟练掌握Linux常用命令⑷掌握GCC命令的使用及其常用参数的含义二、实验内容和原理实验内容：系统设置命令、文件及文件夹操作命令、压缩与解压缩命令、自动补全与历史命令、管道与重定向命令、GCC命令的使用三、主要仪器设备PC机、装有Linux操作系统的虚拟机四、操作方法与实验步骤⑴练习以下常用命令的使用shutdown、reboot、logout、exit、useradd、userdel、su、cd、ls、touch、mkdir、cp、rm、rmdir、mv、more、less、man、du、find、clear、grep、cat、history、tar、unzip、chmod、管道命令|以及重定向命令⑵举例说明管道命令| 的使用⑶举例说明重定向命令<、<<、>、>>的使用⑷编写一个C的源程序，并用gcc进行编译，练习使用gcc的各个参数，理解参数的意义五、实验数据记录和处理1.cd、ls 、mkdir 新建hello文件夹2.cp 复制a到hello文件夹3.rm移除hello 中的a文件4.rmdir移除hello文件夹5.mv更改文件名字、移动文件6.du -b 以字节为单位显示cache目录的大小7.find / -name lolo搜索当前目录下名为lolo的文件8.grep 在lan/b.txt文件里查找字符3，并输出行号-n；输出b.txt内容9.grep重定向追加>>六、讨论、心得本次实验室是熟悉Linux的基本操作命令。
操作系统中的网络协议栈及其实现在当今的数字化时代，网络已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。
作为连接互联网的重要中介，操作系统扮演着一个重要的角色。
操作系统中的网络协议栈是实现网络通信的核心组件，本文将对操作系统中的网络协议栈及其实现进行探讨。
一、网络协议栈的作用和基本原理操作系统中的网络协议栈是一系列网络协议的集合，用于实现数据在网络中的传输和通信。
它通过网络接口设备与物理网络相连，负责数据封装、分组、路由和传输等一系列工作。
网络协议栈按照分层结构组织，通常包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等不同的层次。
1. 物理层物理层是网络协议栈的最底层，负责将数字数据转换为物理信号，并通过物理介质进行传输。
它关注的是物理连接、电气特性和传输速率等问题。
2. 数据链路层数据链路层建立在物理层之上，负责将数据分组组装为数据帧，并通过物理介质传输。
它包括逻辑链路控制、介质访问控制和数据帧的错误检测和纠正等功能。
3. 网络层网络层负责数据在网络中的路由选择和传输控制。
它提供了网络互联和数据包交换的功能，具有IP地址分配、路由表维护等重要功能。
4. 传输层传输层为应用程序提供了端到端的可靠通信服务。
它通过端口号标识应用程序，负责数据的分段、重组和流控制等工作。
5. 应用层应用层是网络协议栈的最高层，提供了各种网络应用程序的接口和服务。
它包括HTTP、FTP、DNS等协议，用于实现电子邮件、文件传输、域名解析等功能。
二、网络协议栈的实现方式操作系统中的网络协议栈可以通过不同的实现方式来实现，下面介绍两种常用的实现方式。
1. 单内核实现方式单内核实现方式是指将网络协议栈的各个层次直接嵌入到操作系统的内核中。
这种实现方式的优点是效率高，因为各个层次之间可以直接进行函数调用。
然而，缺点是网络协议栈与操作系统内核紧密耦合，不够灵活，对于协议的更新和扩展需要修改内核代码。
2. 用户态协议栈实现方式用户态协议栈实现方式是指将网络协议栈的各个层次实现为用户态的进程或线程。
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。
第1章Linux系统操作使用一、Linux操作系统简介Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统，存在着许多不同的Linux 版本，但它们都使用了Linux内核。
Linux可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。
Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。
严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核、并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。
Linux得名于天才程序员林纳斯·托瓦兹。
Linux 操作系统的诞生、发展和成长过程始终依赖着五个重要支柱：UNIX 操作系统、MINIX 操作系统、GNU 计划、POSIX 标准和Internet 网络。
1981 年IBM公司推出微型计算机IBM PC。
1991年，GNU计划已经开发出了许多工具软件，最受期盼的GNU C编译器已经出现，GNU的操作系统核心HURD一直处于实验阶段，没有任何可用性，实质上也没能开发出完整的GNU操作系统，但是GNU奠定了Linux用户基础和开发环境。
1991年初，林纳斯·托瓦兹开始在一台386SX兼容微机上学习minix操作系统。
1991年4月，林纳斯·托瓦兹开始酝酿并着手编制自己的操作系统。
1991 年4 月13 日在comp.os.minix 上发布说自己已经成功地将bash 移植到了minix 上，而且已经爱不释手、不能离开这个shell 软件了。
1991年7月3日，第一个与Linux有关的消息是在comp.os.minix上发布的（当然此时还不存在Linux这个名称，当时林纳斯·托瓦兹的脑子里想的可能是FREAX，FREAX的英文含义是怪诞的、怪物、异想天开等）。
1991年的10月5日，林纳斯·托瓦兹在comp.os.minix新闻组上发布消息，正式向外宣布Linux内核的诞生（Freeminix-like kernel sources for 386-AT）。
实验报告
实验题目：内核模块实现
姓名：
学号：
课程名称：操作系统
所在学院：信息科学与工程学院
专业班级：计算机
任课教师：
module_init(初始函数名);
module_exit(退出函数名 );
MODULE_LICENSE("GPL");//模块通用公共许可证
5、makefile文件内容基本格式
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:=xxx.o
else
KDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD:=$(shell pwd)
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf *.o *.ko *.mod.c *.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions endif
说明：
1) KERNELRELEASE是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量。
ifneq($(KERNELRELEASE),) 判断该变量是否为空。
2) KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build 是给KDIR这个变量赋值，值为当前linux运行的内核源码。
3) 当make的目标为all时，-C $(KDIR) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$(PWD)表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。
当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被被定义，kbuild也被启动去解析kbuild语法的语句，make将继续读取else之前的内容。
4) 我们可以把上述的Makefile文件作为一个模板，只需要改动obj-m := hello.o这条语句就可以了：obj-m=XXX.o。
4、进入管理员权限，cd到目录下。
输入如下命令：
5、输入make命令以编译：
6、编译成功后，输入insmod命令安装自己的内核模块：
7、查看内核模块：
可以看到自己的time模块安装成功。
8、输入dmesg命令，找到自己的内核模块，查看日志：
也可以用dmesg |grep time快速筛选到自己的内核模块。
9、卸载内核模块，输入如下命令即可：
可以再用lsmod命令查看内核模块，以验证是否删除。
（二）实现数据包过滤功能的简单内核模块
1、编写实现该模块的程序，并将该文件命名为PackageFilter.c
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/netdevice.h>
#include<linux/netfilter.h>
#include<linux/netfilter_ipv4.h>
#include<linux/ip.h>
#include<linux/init.h>
static struct nf_hook_ops nfhook;//定义nf_hook_ops结构体nfhook
static unsigned char *drop = "\x73\xef\xd3\x70";
//baidu的ip地址115.239.211.112
unsigned int hook_func( const struct nf_hook_ops *ops,
struct sk_buff *skb,
const struct net_device *in,
const struct net_device *out,
int (*okfn)(struct sk_buff*))
//钩子函数
{
struct iphdr *ip = ip_hdr(skb);//提取数据包ip首部
if(ip->saddr == *(unsigned int *)drop)//与定义ip地址进行比对
{
printk("DROP PACKET FROM %d.%d.%d.%d\n",drop[0],drop[1],drop[2],drop[3]);
//如果符合，丢弃
return NF_DROP;//返回丢弃信号
}
else//否则打印该网址
{
unsigned char *p = (unsigned char *)&(ip->saddr);
printk ("ALLOWED PACKET FROM %d.%d.%d.%d\n",p[0],p[1],p[2],p[3]);
return NF_ACCEPT;//返回接受信号
}
}
static int __init hook_init(void)//hook注册函数
{
nfhook.hook = hook_func;//关联定义的函数
nfhook.hooknum = NF_INET_PRE_ROUTING;//说明hook点
nfhook.pf = PF_INET;//说明处理协议是什么，ipv4为PF_INET
nfhook.priority = NF_IP_PRI_FIRST;//说明优先级
nf_register_hook(&nfhook);//注册hook
return 0;
}
static void __exit hook_exit(void)//退出该模块
{
nf_unregister_hook(&nfhook);
}
module_init(hook_init);
module_exit(hook_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
2、编辑Makefile文件：
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:=PackageFilter.o
else
KDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD:=$(shell pwd)
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf *.o *.ko *.mod.c *.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions
endif
3、将以上两个文件（PackageFilter.c和Makefile）放在同一个目录mykernel下。
4、进入管理员权限，cd到目录下。
输入如下命令：
5、输入make命令以编译：
6、编译成功后，输入insmod命令安装自己的内核模块，再查看内核模块：
可以看到自己的time模块安装成功：
7、输入dmesg命令，找到自己的内核模块，查看日志：
（截取部分结果）8、卸载内核模块，输入如下命令即可：
可以再用lsmod命令查看内核模块，以验证是否删除。
五、实验数据（现象）处理分析
实验现象在上面的实验步骤中已有详细说明，这里只给出实验结果：
1、输出内核时间
2、数据包过滤
六、实验结论
通过本次实验，我基本熟悉了Linux内核模块实现流程——先编写相关模块代码，编写makefile文件，编译，安装模块，查看模块，查看日志，卸载模块。
同时对Netfilter 框架有了一定的了解。
明白了Netfilter的基本工作原理，和hook函数的一些简单的编写。
同时验证了编写的内核模块程序，完成了实验要求的目标。
