实验目的
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。
一、 实验要求
1、 掌握Linux操作系统的使用方法，包括键盘命令、系统调用；掌握在Linux下的编程环境。
l 编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能；
l 编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要求用到Linux下的图形库。
2、 掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用。另编写一个应用程序，调用新增加的系统调用。
实现的功能是：文件拷贝；
3、 掌握增加设备驱动程序的方法。通过模块方法，增加一个新的设备驱动程序，其功能可以简单。
实现字符设备的驱动；
4、 了解和掌握/proc文件系统的特点和使用方法
l 了解/proc文件的特点和使用方法
l 监控系统状态，显示系统中若干部件使用情况
l 用图形界面实现系统监控状态。
5、 设计并实现一个模拟的文件系统（选作）
二、 实验一
1、 编一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能
要实现文件拷贝功能，主要用到的函数是fopen、fputc、fgetc。
主要用到的头文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
设计思路：由scanf函数获取2个文件名，根据其文件名和路径分别打开该2个文件，设置一个循环，从源文件复制1个字节到目的文件，直到源文件指针到文件尾，最后关闭2个文件。
在可能出错的地方需要加上相应的报错代码，并输出错误信息，以方便调试。
理清楚设计思路后，首先搭建linux下编程环境。
安装gcc： sudo apt-get install build-essential
安装codeblocks： sudo apt-get install codeblocks
在集成开发环境Code::Blocks IDE下根据需求写出相应的源代码copy.c ，将程序编译并生成exe可执行文件。
然后手动创建一个测试文件test.txt ，运行copy.exe文件，并输入text.txt与target.txt。
这样就能将源文件test.txt复制到目标文件target.txt
程序源代码 copy.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
char a[20],b[20];
scanf("%s",a);
getchar();
scanf("%s",b);
FILE *p=NULL,*q=NULL;
p=fopen(a,"rb");
if(p==NULL){printf("%s default",a);return 0;}
q=fopen(b,"wb+");
char c;
while((c=fgetc(p))!=EOF)
{
fputc(c,q);
}
printf("copy success");
return 0;
}
2、 编一个C程序，其内容为分窗口同时显示三个并发进程的运行结果。要求用到Linux下的图形库。
安装Linux下的GTK+：
sudo apt-get install build-essential
这将安装gcc/g++/gdb/make 等基本编程工具
sudo apt-get install gnome-core-devel
这将安装 libgtk2.0-dev libglib2.0-dev 等开发相关的库文件
sudo apt-get install pkg-config
用于在编译GTK程序时自动找出头文件及库文件位置
sudo apt-get install devhelp
这将安装 devhelp GTK文档查看程序
sudo apt-get install libglib2.0-doc libgtk2.0-doc
这将安装 gtk/glib 的API参考手册及其它帮助文档
sudo apt-get install glade libglade2-dev
这将安装基于GTK的界面GTK是开发Gnome窗口的c/c++语言图形库
sudo apt-get install libgtk2.0*, gtk+2.0
所需的所有文件统通下载安装完毕
编写一个GTK+程序的基本步骤如下：
l 初始化Gtk
l 建立控件
l 登记消息与消息处理函数
l 执行消息循环函数gtk_main()
初始化主要使用的函数有
gtk_init(&argc,&argv); //启动GTK
gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); //创建窗口
gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window),"标题名"); //设置窗口标题名
gtk_widget_set_usize(window, 200, 200); //设置窗口大小
gtk_widget_show(window); //显示窗口
建立控件的一般流程
/*创建表格准备封装*/
gtk_table_new ( //创建多少列
gint rows, //创建多少栏
gint columns, //用来决定表格如何来定大小
gint homogeneous);
/*这个函数是将表格table，结合到窗口window里*/
gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window),table);
gtk_widget_show(table); // 显示该表格
/*要把物件放进box中，可用以下函数*/
void gtk_table_attach_defaults (
GtkTable*table, //参数("table")是选定某表格
GtkWidget*widget, //("child")是想放进去的物件
gintleft_attach, //以下参数是指定把物件放在哪里, 及用多少个boxes
gintright_attach,
ginttop_attach,
gintbottom_attach);
在Code::Blocks IDE创建GTK+工程如下流程：
首先在codeblocks选中File，然后选择New，最后Project。出现如上图所示界面。
在该界面中选中GTK+Project然后Go进入下一步。
继续Next，直到如下图输入工程名称与路径。
然后Next->Finish
这样，就创建了一个GTK+工程。
直接运行刚才创建的GTK+工程中的默认程序，得到一个包含2个按钮的窗口界面应用，如下图所示：
此时，可以按此模板修改源代码，也可以删除重写。
并发进程：
创建3个如上GTK+工程，生成3个不同的exe文件。
if ((p1=fork()) == 0)
{
execv("../1",NULL);
}
else if ((p2=fork())==0)
{
execv("../2",NULL);
}
else if ((p3=fork()==0))
{
execv("../3",NULL);
}
wait();
实验截图：
实验源代码：gtk.c:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/sem.h>
#include <linux/shm.h>
int main ()
{
pid_t p1,p2,p3;
if ((p1=fork()) == 0)
{
execv("/home/linux/Desktop/1/bin/Debug/1",NULL);
}
else if ((p2=fork())==0)
{
execv("/home/linux/Desktop/2/bin/Debug/2",NULL);
}
else if ((p3=fork()==0))
{
execv("/home/linux/Desktop/3/bin/Debug/3",NULL);
}
wait();
return 0;
}
#include <stdlib.h>
#include <gtk/gtk.h>
static void helloWorld (GtkWidget *wid, GtkWidget *win)
{
GtkWidget *dialog = NULL;
dialog = gtk_message_dialog_new (GTK_WINDOW (win), GTK_DIALOG_MODAL, GTK_MESSAGE_INFO, GTK_BUTTONS_CLOSE, "1");
gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (dialog), GTK_WIN_POS_CENTER);
gtk_dialog_run (GTK_DIALOG (dialog));
gtk_widget_destroy (dialog);
}
int main (int argc, char *argv[])
{
GtkWidget *button = NULL;
GtkWidget *win = NULL;
GtkWidget *vbox = NULL;
/* Initialize GTK+ */
g_log_set_handler ("Gtk", G_LOG_LEVEL_WARNING, (GLogFunc) gtk_false, NULL);
gtk_init (&argc, &argv);
g_log_set_handler ("Gtk", G_LOG_LEVEL_WARNING, g_log_default_handler, NULL);
/* Create the main window */
win = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (win), 8);
gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (win), "Hello World");
gtk_window_move (GTK_WINDOW (win), 450,320);
gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (win), GTK_WIN_POS_CENTER);
gtk_widget_realize (win);
g_signal_connect (win, "destroy", gtk_main_quit, NULL);
/* Create a vertical box with buttons */
vbox = gtk_vbox_new (TRUE, 6);
gtk_container_add (GTK_CONTAINER (win), vbox);
button = gtk_button_new_from_stock (GTK_STOCK_DIALOG_INFO);
g_signal_connect (G_OBJECT (button), "clicked", G_CALLBACK (helloWorld), (gpointer) win);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, TRUE, TRUE, 0);
button = gtk_button_new_from_stock (GTK_STOCK_CLOSE);
g_signal_connect (button, "clicked", gtk_main_quit, NULL);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, TRUE, TRUE, 0);
/* Enter the main loop */
gtk_widget_show_all (win);
gtk_main ();
return 0;
}
三、 实验二
Linux内核，简单来说就是一套用来控制计算机最底层的硬件设备，如处理器、内存、硬盘等的一种软件，一般称为操作系统，在Linux术语中称为内核。其中包含的模块有存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化(引导)、系统调用等。
这次题目就是要更改Linux内核中的”系统调用”模块，在其中添加自定义的函数，实现功能是文件拷贝。
工作流程基本如下：
1. 下载并解压内核
到官方网站http://www.kernel.org/下载内核linux-2.6.32，打开终端，使用下列命令对其解压到目录/usr/src：
sudo tar -xjvf linux-2.6.32.tar.bz2 -C /usr/src
该目录用来存放内核的源码。
2. 修改内核
首先以root超级用户登录操作系统，要对系统调用模块的源码添加一个自定义函数，即对/usr/src/linux-2.6.32/kernel/sys.c进行修改，在该源码的最后添加下列函数的源码：
asmlinkage int sys_mycall(char* sourceFile,char* destFile)
{
int source=sys_open(sourceFile,O_RDONLY,0);
int dest=0;
if(source>0)
dest=sys_open(destFile,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600);
char buf[4096];
mm_segment_t fs;
fs = get_fs();
set_fs(get_ds());
int i;
if(source>0 && dest>0)
{
do{
i=sys_read(source,buf,4096);
sys_write(dest,buf,i);
}
while(i);
i=1;
}
else {printk("Error!");i=-1;}
sys_close(source);
sys_close(dest);
set_fs(fs);
return i;
}
修改完函数之后，接下来要修改系统调用号所对应的函数名，即修改/usr/src/linux-2.6.32/arch/x86/include/asm/unistd_32.h
该文件定义了系统调用号，我们只要找一没被使用的系统调用号，用该号给我们自定义函数使用，比如
#define __NR_sys_mycall 337
/*定义系统调用sys_mycall 的系统调用号为337*/
修改完系统调用号后，接下来要修改系统调用表，即/usr/src/linux-2.6.32/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S，这个文件是用汇编语言编写的，因此要让自定义的系统调用相对于其他系统调用的顺序337个，写上.long sys_mycall /*337*/
基本修改完以上源码后，接下来对其进行默认的净化、设置等。
使用下列代码对其源码进行处理
sudo make mrproper 净化解压后的源代码
sudo make menuconfig 对内核选项进行配置
如果这一步有错误可能是正在使用的系统没有安装必要的库文件，如ncurses、libncurses*，这时候需要输入如下指令来安装
首先回到系统根目录
sudo apt-get install ncurses
sudo apt-get install libncurses*
依照提示就能安装好必要的库文件了。然后再回到内核源码的目录下尝试使用sudo make menuconfig对内核选项进行配置。
sudo make dep 建立模块间的依赖信息
sudo make clean 删除配置时留下的一些不用的文件
3. 编译内核
接下来是最费时间的环节，少则2个小时，多则3个小时的编译，需要再三确保前面步骤是否正确后再进行下一步。
sudo make bzImage 编译内核
这个过程大概是20多分钟
sudo make modules 编译内核模块
这个过程大概要100分钟~150分钟左右，一般如果有错误，会在前十几分钟就停止编译并报错。
4. 安装内核
比较简单，只需要两条指令
sudo make modules_install 安装内核模块
sudo make install 安装内核
安装完毕后，需要开机时选择使用新的Linux核心，要做下列修改：
1）复制内核到系统启动引导目录
cp /usr/src/linux-2.6.32/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.6.32-mykernel
2）创建初始RAM磁盘——initrd
在创建之前先安装必要的程序
apt-get install bootcd-mkinitramfs
mkinitramfs -o /boot/initrd.img-2.6.32
3）更新grub
在/boot/grub/grub.cfg中, 复制一段旧的核心代码，并将里面linux和initrd中的路径改为新增的，注意不能用update-grub2
在/boot中复制一个旧的config-xxxxxx做为自己的
4）cd /boot
cp initrd.img-2.6.32 initrd-2.6.32.old
以上是备份initrid，下面是修改
depmod –a
update-initramfs -k 2.6.32 –c
cd /tmp
gzip -dc /boot/initrd.img-2.6.32| cpio -id
touch lib/modules/2.6.32/modules.dep
find ./ | cpio -H newc -o > /boot/initrd.img-2.6.32.new
gzip /boot/initrd.img-2.6.32.new
cd /boot
mv initrd.img-2.6.32.new.gz initrd.img-2.6.32
5）重开机测试
5. 测试功能
用C语言编写测试程序testsys.c，源代码如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <asm/unistd.h>
int main()
{
printf("1:A->B\tA:123.txt B:456.txt\n");//A存在，B存在
getchar();
int i=syscall(337,"123.txt","456.txt");
printf("%d\n\n",i);
printf("2:A->B\tA:123.txt B:empty.txt\n");//A存在，B不存在
getchar();
i=syscall(337,"123.txt","empty.txt");
printf("%d\n\n",i);
printf("3:A->B\tA:emptyA.txt B:empty.txt\n");//A不存在，B存在
getchar();
i=syscall(337,"emptyA.txt","empty.txt");
printf("%d\n\n",i);
printf("4:A->B\tA:emptyA.txt B:emptyB.txt\n");//A不存在，B不存在
getchar();
i=syscall(337,"emptyA.txt","emptyB.txt");
printf("%d\n\n",i);
return 0;
}
系统调用337号功能，拷贝文件。
A文件存在，B文件存在：拷贝成功，返回1
A文件存在，B文件不存在：创建B文件，拷贝成功，返回1
A文件不存在，B文件存在：B文件不变，拷贝失败，返回-1
A文件不存在，B文件不存在：拷贝失败，返回-1
运行结果截图如下：
【实验心得】
本次实验让我学到了许多东西，尤其是编译内核安装内核部分。我上网查阅了许多资料，受益匪浅。
另外，由于GTK是自学自用的一门语言，在自学过程中会受益匪浅。重视网络工具的利用，每当遇见不知道、不确定或者错误但自己无法修改的地方时我总会在网上找到前人已经遇见并且解决的相同问题，进而解决自身问题。最终自己也会学到很多东西。