《操作系统原理》
实 验 报 告 书
班级： 学号： 姓名： 指导教师：
2013-2014 学年 第 二 学期
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实验名称： LINUX 用户界面 实验时间： 2014 年 4 月 2 日 第 7 周 星期三 一、实验目的 1,熟悉Linux字符操作界面，熟练掌握常用Shell命令。 2，熟悉Linux文本编辑方法，学会编辑软件VI的使用。 3，了解Linux编译器gcc的功能，掌握基于Linux平台的C程序的开发 二、实验预习（预备知识的问题及回答） 1．为什么在Linux系统中，诸如光盘、U盘等要先挂载而后才能使用？如何获得U盘的设备名？装载点在文件系统中的位置是什么？ 由于文件系统的差异，Linux在默认情况下并不支持软盘，光盘，U盘，所以需要通过装在相应盘片才可以访问其中的数据 装载点是挂载文件系统的目录位置 2．从虚拟机界面退出进入Windows OS界面的操作是 Ctrl+Alt ，从Windows OS界面进入虚拟机界面的方法是 鼠标点击虚拟机界面 。 3．权限的含义是什么？如何使用数字法设定文件的权限？ Linux系统中的每个文件和目录都有相应的访问许可权限，访问权限分为只读（r），可写(w)和可执行三种，有三种不同类型的用户可以对文件或者目录进行访问，分别是文件所有者（u），同组用户(g)和其它用户（o）。所有的文件和目录都被创建他们的人所拥有。只要你是这个文件的所有者或者你登陆为用户，你就拥有了改变所有者，群组和其他人权限的权利。 使用数字法改变权限： 命令格式chmod权限数值 文件名 说明 给指定文件赋予数值所规定的权限 2 在数字设定法中，每种权限设置均可以用数值来代表，其中0表示没有权限，1表示可执行权限，2表示可写权限，4表示可读权限，这些值之和便可以用来设定特定权限。 4．什么过滤操作？在Linux中如何实现？ 命令 5．在Linux中挂载u盘并能显示其文档的中文信息，所使用的挂载命令是： Mount/dev/sdal/mnt/usb 。 6．什么是vi? 其三种操作模式的含义是什么？给出三种工作模式间的转换图。 命令模式：vi启动后的默认模式，控制光标的移动，复制删除文字，进入输入模式和末行模式 输入模式：进行文字输入 末行模式：保存文件，退出VI 过滤操作：将一个命令的输出作为一个命令的输入Linux实现的命令格式：命令| 三、实验内容（包含实验所用命令或相关程序源代码） 1．shell操作命令（给出每题所用的Shell命令或命令结果） （1）创建名为stu1、stu2的2个用户,设置密码分别为student1和student2 ，并将它们设为组group1中的成员。 #groupadd group1 #useradd stu1 –g group1 #su stu1 Spasswd stu1 回车后敲入密码student1 3 $exit #useradd stud2 –g group1 #su stu2 $passwd stu2 $exit （2）在每个用户的主目录下建立2个目录，分别命名为dir1和dir2。 #su stu1 $cd~ $mkdir dir1 $exit #su stu2 $ cd~ $mkdir dir2 $exit （3）查找stu1用户主目录、下属各子目录的默认存取权限，并给出结论。 #su stu1 $cd.. $ls-1 用户主目录权限为：drwx--------,即目录的用户可读，写，执行，同组和其它的用户无任何权限 #su stu` $cd~ $ls-1 Dir1目录权限为：drwxr-xr-x,即目录的用户可读，写，执行 （4）调试pwd和cd命令，回答下列关于Linux文件系统中目录的有关问题。 ① 用户主目录的绝对路径如何表示？ /home/stu1/home/stu2 ② 根目录如何表示？ /root ③．和．．分别表示什么目录？ 子目录，父目录 ④～表示什么目录？ 用户主目录 4 ⑤当前目录如何表示？ Cd~ （5）新建用户stu3，设置其密码为student3,并将其设置为group2中成员。尔后，以stu3登录，在其主目录下建立名为text的目录，在text目录下再建立名为dir1的子目录，并使其成为当前目录。 #groupadd group2 #useradd stu3 –g group2 #su stu3 $passwd 回车后敲入密码 student3 $cd~ $mkdir text $mkdir dir1 $cd text/dir1 （6）使用cat>sneakers.txt命令，分析命令行cat sneakers.txt的显示结果。 $ cat>sneakers.txt buy some sneakers then go to the coffee shop then buy some coff ^D $cat sneakers.txt 从键盘中创建一个名为sncakers.txt文件，文件内容为:buy some sncakers Then go to the coffee shop Then buy some coff （7）使用上题的方法，在dir1目录中建立home.txt文件，其内容为： 5 bring the coffee home take off shoes put on sneakers make some coffee relax! $cd /home/stu1/dir1 $cat>home.txt Bring the coffee home Take off shoes Put on sneakers Make some coffee Relax! [ctrl+d] （8）试写出实现下列功能的shell命令： ① 将home.txt文件移至其上级目录中（即text目录下）。 $mv/home.txt ② 将home.txt添加到sneakers.txt尾部形成新的文件saturday.txt。 $cat cneakers.txt>asturday.txt $cat home.txt>>Saturday.txt ③ 将text目录树从stu3用户主目录下移至stu2主目录下。 【使用特权用户方法】 su mv/home/stu3/text/home/stu2 【修改目录权限方法】 #cp/home/stu3/text/home/stu2 (9) 试画出上述命令后，用户stu1、stu2和stu3主目录中的目录树（3棵子树）。 6 2． Linux C程序开发 （1）编写Linux C程序，把一个文件的内容复制到另一个文件中，即实现简单的copy功能。要求：程序输入的第一个参数是源文件，第二个参数是目标文件。 【源程序】 #include #include #include #include Int main(int argc,char *argv[]) { FILE *in,*out; Char ch; If(argc!=3) { Printf(“you forgot to enter a filename\\n”); Exit(0); } If(in=fopen(argv[1],”r”))==NULL { 7 Printf(“can nit open outfile\\n”); Exit(0); } If(out=fopen(argv[2],”w”))==NULL { Prntf(“can not open outfile”); Exit(0); } While(!feof(in))fputc(in),out); Fclose(in); Fclose(out); } 【运行命令】 #gcc –o test copy.c #./test file1.c file2.c （2）编写Linux C程序，列出stu2主目录中的文件信息，并将其中saturday.txt文件的权限设置为文件所有者可读可写、同组用户只读、其他用户无权限。 8 【源程序】 #include #include #include #include Int main(int argc,char *argv[]) { DIR *dp; Struct dirent *dirp; Int n=0; If(arge!=2) { Printf(“a signle argement is required”); Exit(0); } If(dp=opendir(argv[1])==NULL) { Printf(“can not open%s”,args[1]); Exit(0); } While(((dirp=readdir(dp))!=NULL)&&(n<=50)) { If(n%1==0)printf(“ ”); N++; Printf(“%10s\\n”,dirp->d_name); } System(“chmod 640/home/stu2/text/dir1/Saturday.txt”) } 9 【运行命令】 #gcc –o test list.c #./test.home/stu2 10 实验名称： SHELL程序设计 实验时间： 2014 年 4 月 16 日 第 9 周 星期三 一、实验目的 熟悉SHELL脚本编程的步骤，掌握基于Bash的Shell脚本开发。 二、实验预习（预备知识的问题及回答） 1. Linux系统默认的shell语言是什么？欲查看该shell的版本，应使用什么命令？ Bash shell $echo $BASH_VERSION 2. 预习shell有关变量和参数的相关知识，回答下列问题。 （1）假设用户进行了如下的赋值操作： $ person=jenny 试给出下面命令的输出结果。 1) echo person person 2) echo $person jenny 3) echo „$person‟ $person 4) echo “$person” jenny （2）填充下列与环境变量、位置变量和预定义变量相关的表格。 Shell变量 HOME PATH PWD PS1 $0 定义 保存用户注册目录的绝对路径 保存用冒号分割的目录路径 当前工作目录的据对路径名 主提示符，特权用户为#，普通用户为$ 当前shell程序的文件名 11 $# $? $$ 3．写出下列expr命令的输出： 位置参数的个数 前一个命令执行后返回的状态 当前进程的PID （1） expr index “value” „a‟ （2） expr “value” ： „v.*u‟ （3） expr “aaa” ： „a\\+‟ （4） expr “aaa” ： „a\\?‟ （5） expr 2+3 （6） expr 2 + 3 （7） expr 2 \\* 3 （8） expr 5 + `expr 2 + 3` （9） expr length “operating system” （10） expr substr linux 2 3 2 4 3 1 2+3 5 6 mon-numeric argument 16 inu 三、实验内容 1．编写Shell脚本，从命令行中接收一个二元算术表达式并计算其结果。 【源程序】 #!/bin/bash Iftest $#=3 Then Case s2 in +)let z=$1+$3;; -)let z=$1-$3;; /)let z=$1/$3;; x|x)let z=$1*$3;; *)echo”warning -$2 invalid operator!” exit;; Esac Echo”answer is sz” Else Echo”usage - $0 value1 operator value2” fi 12 【运行】 Chmod a+x jisuan ./jisuan 2+3 2．编写一个以文件列表作为输入的过滤器程序，要求文件名含有以句点“.”分隔的后缀，过滤器输出每个文件的不带句点和后缀的文件名。 【源程序】 Read flag While test “$flag” Do Location=‟expr $location=1‟ Basename=‟expr substr=”$flag” 1 $location‟ Echo $basecname Read flag done 【运行】 13 Chmod a+x letter ./letter 3．将下面的shell脚本命名为myscript，分析其功能： count=$# cmd=echo while [ $count –gt 0 ] do cmd=\"$cmd \\$$count\" count=`expr $count - 1` done eval $cmd 【命令行输入】 chmod a+x myscript ./myscript first second third 【运行结果】 Third second first 【脚本功能分析】 将命令行输入的参数倒叙显示 4．设计一个程序cuts，它从标准输入读入数据，获取由第一个参数n 和第二个参数m所限定范围的数据（包括这两个字符），n和m都是整数。例如： $ cuts 11 14 This is a test of cuts program (输入) test （显示结果） 【源程序】 #!/bin/bash Read bline Echo $aline |cut-c $1-$2 14 实验名称： 进程控制与通信 实验时间： 2014 年 4 月 30 日 第 11周 星期三 一、实验目的 1加深进程的概念理解，体会进程创建过程，经一部认识进程的异步并发特征 2，了解Linux进程通信原理 3，掌握Linux进程控制和进程通信相关的系统调用 二、实验预习（预备知识的问题及回答） 1．写出下列系统调用功能： （1）fork（）用于 创建进程 （2）getpid（）用于 获取当前的进程ID号 （3）wait（）用于 等待子进程结束 （4）exit（）用于 进程自我终止 （5）pipe（）用于 常见无名管道 （6）signal（）用于 在信号和信号处理函数之间建对应关系 （7）kill（）用于 发送信号给指定进程 2．阅读fork系统调用，用伪码写出其实现流程。 Pid=fork() If pid 为负 Print 当前进程是子进程 Else if pid 为0 15 Print 当前进程是父进程 3．图示pipe系统调用生成无名管道时所涉及的数据结构。 4. 在UNIX系统中运行下面程序，最多可以产生多少个进程？画出进程家族树。 main( ) { fork( ); fork( ); fork( ); } 16 8个 5.下列程序运行后，a的值是多少？ main( ) { int a,pid; a=55; pid=fork( ); if (pid< 0) { printf(\"error in fork !\"); exit(0); } else if(pid==0) { sleep(5); a=99; printf(“a=%d\\n”,a);sleep(5); exit(0);} else { sleep(7); printf(“a=%d\\n”,a); wait(0); } } a=99 a=55;最终a=55 三、实验内容 1．调试下面的程序，观察可能的并发结果，给出简要分析，并画出进程家族树。 #include #include #include main () { int status; int pid1=-1,pid2=-1,pid3=-1; pid1=fork(); if (pid1 == 0) printf(\"pid1=0,my process id is %d\\n\ else if (pid1 > 0) { printf(\"pid1>0,my process id is %d\\n\17 pid2=fork( ); if (pid2 == 0) printf(\"pid2=0, my process id is %d\\n\ else if (pid2 > 0) printf(\" pid2>0, my process id is %d\\n\ } pid3=fork(); if (pid3 == 0) printf(\"pid3=0,pid1=%d,pid2=%d, my process id is %d\\n\ else if (pid3 > 0) printf(\"pid3>0, pid1=%d,pid2=%d, my process id is %d\\n\wait(&status); exit(0); } 2．编程实现进程间管道通信。 要求：父子进程共享一无名管道，两个子进程作为发送方分别向管道发送一行信息，父进程先读出子进程P1发来的信息行，将其转换为大写字母输出；再读出子进程P2发来的信息行，将其转换为小写字母输出。 【源程序】 Int filedes[2]; 18 Char buffer[80]; Main() { Pipe(filedes); Char str1[80]; Char str2[80]; Int pid1,pid2,I; While((pid=fork())==-1); If(pid1==0) { Lockf(filedes[1],1,0); Printf(“child1 input String1\\n”); Scanf(“%s”,str1); Write(filedes[1],str,sizeof(str1)); Lockf(filedes[1],0,0); Exit(0); } Else{ While((pid=fork())==-1) If(pid2==0) { Lockf(filedes[1],1,0) Printf(“child2 input string2\\n”); Scanf(“%s”,str2); Write(filedes[1],str2,sizeof(stru2)); Lockf(fildes[1],0,0); Exit(0); } Else { If(waitpid(pid1,null,0)==pid1){ Read(filedes[0],buffer,80); For(i=0;i int shmget(key_t key,size_t size, int permflags); 参数key是共享内存的标识，size是共享内存段的最小字节数，permflags是访问权限，值的设置同semget一样。 （2）共享内存的控制 #include int shmctl(int shmid, int command, struct shmid_ds *shm_stat); command可设为IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID。参数shm_stat指向存放属性的结构体，具体内容请参考手册。 （3）共享内存的附接和断开 ＃include void *shmat(int shmid, const void *addr, int shmflags); int shmdt(const void *addr); 由于两个函数需指出进程地址空间中的地址，因此比较复杂。简化的方法是将shmat中的地址设为NULL。 【源程序】 21 【运行与测试】 22 实验名称： 虚拟存储 实验时间： 2014 年 4 月 30 日 第 11 周 星期 三 一、实验目的 1,掌握虚拟存储器的概念，理解实现虚拟存储器的基本方法 2，体会分页存储器管理中，页面置换的过程 3，进一步认识多种页面置换算法的实现机制 二、实验预习（预备知识的问题及回答） 1．描述请求分页的地址转换过程。 23 2．解释FIFO页面置换算法所产生的Belady现象。 Belady现象是指当进程分配的内存块数增加时，进程缺页率反而上升的现象。FIFO算法在页面置换时，总是淘汰先进入主存的页面，而先进入主存的页面并不一定是以后用不到的页面，如果这些页面以后需要访问，则将产生缺页，因此即使分配的内存块数增加，缺页率依然有可能上升，这是由于使用的页面置换算法不合理导致的 24 三、实验内容 1．计算并输出下列页面置换算法在不同内存容量（4页至32 页）下的命中率. (1)最佳置换算法(OPT) (2)先进先出算法(FIFO) (3)最近最久未用页面置换算法(LRU) 具体要求如下： （1）通过随机函数产生一个指令序列,共320条指令.指令地址的生成原则如下: 1)50%的指令是顺序执行的; 2)25%的指令是均匀分布在前地址部分; 3)25%的指令是均匀分布在后地址部分; 程序中的具体实施方法是: 1)在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点地址m; 2)顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令; 3)在前地址[0,m+1]中随机执行一条指令,该指令的地址为m’; 4)顺序执行一条指令,即执行地址为m’+1的指令; 5)在后地址[m’+2,319]中随机执行一条指令; 重复上述步骤(1)(5),直到执行320条指令为止. 将指令序列变换成为页地址流： 设:页面大小为1k,用户内存容量为4页逐步增加到32页,用户虚存容量为32k. 假定在用户虚存中,每页存放10 条指令,即320条指令在虚存中的存放方法为: 第0条第9条指令在第0页; 第10条第19条指令在第1页; „„ 第310条第319条指令在第31页. 按以上方式用户指令共组成32页.据此可得出指令地址m和页面号page以及页内位移量offset之间的计算公式为:page=m/10,offset=m%10. 页地址流长度为320。 【源程序】 Int page_stream[320]; Int b[32]; Void ran() { Int instruct[320]; Int I,j,m,m1,m2; Srand(getpid()); I=0; While(i<320) 25 { M=rand()%320; Instruct[i]=m; I++; If(m+1)<320 { Instruct[i]=m+1; I++; } M1=read()%(m+1); Instruct[i]=m1; I++; If((m1+1)<320) { Instruct[i]=m1+1; I++; } M1=read()%(m+1); Instruct[i]=m1; I++; If((m1+1)<320) { Instruct[i]=m1+1; I++; } If((m2+2)<320) { M2=m1+2+rand()%(320-m1-2); Instruct[i]=m2; I++; } } Page_stream[i]=instruct[i]/10; } Int in_block(int page,int block_count) { Int flag,k; Flag=0; For(k=0;kmax){max=d[k];s=k;} B[s]=page_stream[j]; Page_interrupt++; } } Printf(“it has %d blocks,\\n OPT is %f”,I,page_interrupt/320.0); } } Void fifo() { 27 Int I,j,k,t,page_interrupt; For(i=4;i<32;i++) { For(k=0;k<32;k++) B[k]=-1 J=0; For(k=0;k