Linux操作系统内核基本实验-Linux操作系统内核基本实验指导

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1、Linux操作系统内核基本实验指导Contentsz实验大纲z系统安装实验zLinux内核实验z进程管理实验z存储管理实验z进程通信实验zI/O设备管理实验z文件系统管理实验1．实验大纲1.1实验目的在学习《操作系统》课程内容同时，以开放式源代码操作系统Linux为实验平台，同步完成Linux操作系统内核的代码分析和修改等7组基本课程实验。通过实验，熟悉Linux系统使用方法，掌握Linux内核系统结构，了解Linux进程管理、存储管理、设备管理、文件系统等资源管理功能的实现机理和典型算法。初步掌握运用内核

2、开发环境对内核进行修改完善的能力。通过本课程实验，使得学生熟悉Linux操作系统相关技术，并进一步巩固课堂所学有关操作系统人机界面和资源管理得相关知识；并通过Linux源代码分析和简单编程，培养学生对实际操作系统的基本系统分析能力。1.2实验内容Linux基本实验由以下7组实验组成。1.2.1第1组系统安装实验实验1.1Linux系统安装从CD-ROM安装RedHatLinux操作系统，如RedHatLinux7.2，建立后续各个实验的运行环境。实验1.2虚拟机安装在配备Windows操作系统Host机上，

3、安装虚拟机软件VirtualPCforWindows或VMwareForWindows，进行BIOS设定，对硬盘进行分区和格式化，安装Linux操作系统，以便在一台机器上模拟出多种操作系统运行环境。实验1.3Shell编程编制简单的Shell程序，该程序在用户登录时自动执行，显示某些提示信息,如“WelcometoLinux”,并在命令提示符中包含当前时间、当前目录和当前用户名等基本信息。1.2.2第2组Linux内核实验实验2.1观察Linux行为学习linux内核、进程、存储和其他资源的一些重要特性。通

4、过使用/proc文件系统接口,编写一个程序检查反映机器平衡负载、进程资源利用率方面的各种内核值,学会使用/proc文件系统这种内核状态检查机制。实验2.2内核定时器学习掌握内核定时器的实现原理和方法，建立一种用户空间机制来测量多线程程序的执行时间。实验2.3内核模块模块是Linux系统的的一种特有机制，可用于动态扩展操作系统内核功能。编写实现某些特定功能的模块，将其作为内核的一部分在管态下运行。例如，通过内核模块编程在/porc文件系统中实现系统时钟的读操作接口。实验2.4系统调用向现有Linux内核加入一

5、个新的系统调用从而在内核空间中实现对用户空间的读写。例如，设计并实现一个新的内核函数mycall()，此函数通过一个引用参数的调用返回当前系统时间，功能上基本与gettimeofday()相同。1.2.3第3组进程管理实验3.1进程行为观察1.在Linux下，分别用snice、skill、top等命令和/proc中的有关目录、文件观察系统中进程运行情况和CPU工作情况。2.在Linux下，用ptrace()、gdb跟踪一个进程的运行情况，用strace工具跟踪fork()过程，用ltrace工具跟踪exec

6、l()过程。观察并分析跟踪信息。实验3.2代码分析阅读分析Linux中的进程建立模块、进程撤销模块、进程调度模块、系统调用总入口模块，了解进程的创建、执行、等待、退出等过程。实验3.3Shell编程1.以超级用户身份编程，计算某一时段中所有程序平均运行时间。2.通过编写shell程序，了解子进程的创建和父进程与子进程间的协同，获得多进程程序的编程经验。1.2.4第4组存储管理实验4.1观察实验1.在Linux下，使用gdb程序观察一个程序文件的内容和结构。启动该程序执行，再用GDB观察其内存映象的内容和结构

7、。2.在Linux下，用free和vmstat命令观察内存使用情况。3.在Linux下，查看/proc与内存管理相关的文件，并解释显示结果。4.在Linux下，用malloc()函数实现cat或copy命令。实验4.2代码分析阅读Linux/Minix中以下模块的调用主线，并写出分析报告zexec系统调用的内部实现模块调用主线zmalloc函数的内部实现模块调用主线z缺页中断处理程序实验4.3虚拟存储器管理学习Linux虚拟存储实现机制；编写代码，测试虚拟存储系统的缺页错误（缺页中断）发生频率。1.2.5第

8、5组进程通信实验5.1观察实验在Linux下，用ipcs()命令观察进程通信情况。实验5.2代码分析阅读Linux/Minix中以下模块的调用主线，并写出分析报告。（1）kill系统调用内部实现模块调用主线。（2）pipe系统调用内部实现模块调用主线。实验5.3进程同步实验在学习linux内核的同步机制基础上，深入分析各种同步机制的实现方案，设计和编写一套同步原语。1.2.6第6组I/O设备管理实验6.1.观察实