操作系统实验指导书

1、操作系统实验指导书1操作系统是一门理论性和时间性都很强的课程。要学好操作系统的设计原理，除了听课、看书、 做习题外，最好的方法就是在实践中进行，包括使用操作系统、阅读和分析已有操作系统的源代码、自己设计小型系统/ 模块或模拟算法等。本教材安排的实验内容按深度可分为五个层次，即：使用级、观察级、系统管理级、源码阅读级和实现级。（ 1）使用级：是指如何使用操作系统，包括对命令（以及菜单和shell ）、系统调用和系统文件的使用。2）观察级：是指通过使用级的接口，从外部观察操作系统的内部工作过程和结构。3）系统管理级：是指系统或设备的安装、配置和性能调整。4）源码阅读级：是指对现有操作系统部分内核源

2、代码的阅读。5）实现级：是指编程模拟实现操作系统某些功能模块。实验的操作平台是Red Hat Linux 9.0和 Windows 2000 Professional，其中前者是主要的实验平台， 因为源码阅读级等实验都是在Linux平台上进行的， 当然，在 Linux 上进行的实验基本上也都可在UNIX 平台上直接进行。读者可根据自己的需要以及实验条件等选择相应的实验内容。使用级实验实验 1 安装 Linux 操作系统一实验目的在供实验的微机上安装Linux 操作系统， 后续实验都将在此环境上进行。通过实验， 要求：了解硬件资源要求。学会安装 Linux 系统。学会启动 Linux 系统。了解

3、 Linux 多引导器的配置。二实验内容把 Linux 安装到本地硬盘。主要安装步骤提示：如果 BIOS 支持光盘启动，则插入 Linux 安装光盘，重新启动计算机。如果从 DOS环境启动，则在DOS提示符下执行批处理命令，如autoboot 。对硬盘分区，留出交换空间和文件系统的空间。按提示分阶段装入系统。配置系统。实验 2 安装 Windows 2000 操作系统一实验目的2通过对 Windows 2000 professional的安装操作，了解操作系统应用环境建立的初步过程。掌握 Windows 操作系统的基本系统设置。了解 Windows 多操作系统安装配置的方法。二实验内容1. 把

4、 Windows 2000 安装到本地硬盘。注意 ：若要与Linux 并存于同一硬盘上，则宜先安装Windows。主要安装步骤与安装 Linux 相似，在此从略。注意 ，按屏幕提示选择合适的文件系统时，建议选择NTFS。输入的管理员密码要记住。实验 3 Linux系统用户接口和编程界面实验一实验目的1熟悉使用Linux 字符界面、窗口系统的常用命令。2熟悉运用Linux 常用的编程工具。3熟悉运用Linux 的在线求助系统。4掌握在Linux 操作系统环境上编辑、编译、调试、运行一个C 语言程序的全过程。二实验内容1熟悉开机后登录Linux 系统和退出系统的过程；2熟悉 Linux 字符界面虚

5、拟终端窗口和shell，以及图形界面X-Window( 如gnome或 KDE)：练习并掌握常用的 Linux 操作命令，如 ls 、cat 、ps、df 、find 、grep 、cd、more、cp、rm、kill 、at 、vi 、cc 、man、help 、 control+d/c 、等；熟悉常用 shell 的提示符；熟悉字符窗口与图形界面之间的切换。3学习使用Linux 的在线求助系统，如man和 help 命令等。4掌握一种Linux 的编辑器，特别是字符界面的vi 工具的使用。5用 vi 编辑一个打印“ Hello,I am a C program ”字串的 C语言程序，然后编

6、译并运行它，记下整个过程。熟悉 gcc 、 gdb 等编译器、调试器的使用。2系统行为观察级实验实验 4 观察 Linux 进程的异步并发执行一实验目的了解进程与程序的区别，加深对进程概念的理解；掌握进程并发执行的原理， 理解进程并发执行的特点， 区分进程并发执行与串行执行；3. 了解 fork( )系统调用的返回值，掌握用fork()创建进程的方法；熟悉 wait 、 exit 等系统调用。二实验内容31编写一C 语言程序，实现在程序运行时通过系统调用fork( )创建两个子进程，使父、子三进程并发执行，父亲进程执行时屏幕显示“I am father”，儿子进程执行时屏幕显示“ I am s

7、on ”，女儿进程执行时屏幕显示“I am daughter”。2多次连续反复运行这个程序，观察屏幕显示结果的顺序，直至出现不一样的情况为止。记下这种情况，试简单分析其原因。3修改程序，利用nice ( )改变各进程的优先级，观察不同情况下进程调度效果的区别。4修改程序，在父、子进程中分别使用 wait 、 exit 等系统调用“实现”其同步推进，多次反复运行改进后的程序，观察并记录运行结果。实验 5 Linux进程间的通信一、实验目的学习如何利用管道机制、 消息缓冲队列、 共享存储区机制进行进程间的通信， 并加深对上述通信机制的理解。二、实验内容1 了解系统调用 pipe() 、msgget

8、() 、msgsnd() 、 msgrcv() 、msgctl() 、 shmget() 、 shmat() 、 shmdt() 、shmctl() 的功能和实现过程。2编写一C 语言程序，使其用管道来实现父子进程间通信。子进程向父进程发送字符串“ is sending a message to parent! ”；父进程则从管道中读出子进程发来的消息，并将其显示到屏幕上，然后终止。3运行该程序，观察、记录并简单分析其运行结果。实验 6 观察内存分配结果一实验目的学习如何利用Linux 的 malloc函数动态申请一段内存空间。二实验内容1了解 malloc函数的功能和Linux 虚拟内存管理

9、的原理。2编写一C 语言程序，用malloc函数申请一段存储空间，并在终端上显示起始地址。3运行该程序，观察、记录其运行结果，并分析说明结果的地址是否为物理地址。实验 7 观察内存使用情况一、实验目的用 Windows 2000 自带的工具观察内存空间的使用情况。二、实验内容用 Windows 2000 的性能监视器或者任务管理器观察内存工作情况。观察并写出屏幕显示的内容。系统管理级实验4实验 8 在 Linux 中使用优盘一实验目的1了解 mount 和 umount 命令的功能；2了解 Linux 设备文件的命名；3用上述所了解的内容解决在Linux 中使用优盘的问题。二实验内容1用 mo

10、unt 命令把优盘的设备文件安装到/mnt 目录（可能需要root用户口令，请勿乱用）。2进入 /mnt 目录，使用优盘（比如，往里拷贝一个文件）。3退出 /mnt 目录，用umount 命令把优盘从系统中卸载掉。4按 ctrl+d组合键，退出超级用户模式。5总结在Linux 中使用优盘的过程。实验 9 使用 Windows 2000 的注册表屏蔽桌面上的“回收站“一实验目的1了解 Windows 2000 注册表的作用，熟悉注册表编辑器；2熟悉 Windows 2000 注册表中5 个主要根键的内容与作用；3了解备份注册表的重要性，掌握备份注册表的基本方法；4学会通过修改注册表，屏蔽桌面“回

11、收站”图标的方法。二实验内容1备份注册表（或者打开后导出注册表）。2运行 regedit命令打开注册表。3 选择注册表中 “HKEY_LOCAL_MACHINE”子窗口（即找到此根键），定位到“ HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindowsCurrentVersionExplorerDesktop NameSpace”分支，在该分支下有多个子键对应桌面上的某些系统图标。4删除键值为 Recycle Bin 的子键， 如子键 645FF040-5081-1-1B-9F08-00AA002F954E 。5重新启动计算机。6根据备份的注册表内容，恢复注册表中被

12、删除的子键，重新启动计算机。7观察两次重启后的情况，总结备份、修改和恢复注册表的一般过程。4源代码阅读级实验这部分实验难度较大，但很有意义，也很有意思，建议学生分组协作完成。5实验 10 分析 Linux 进程调度程序一实验目的1了解 Linux 源代码的分布；2了解阅读Linux 源代码的一般方法；3熟悉 Linux 管理进程用的主要数据结构；4通过阅读Linux 进程调度有关函数的源代码，理解Linux 的进程调度算法及其实现所用的主要数据结构。二实验内容1通过查阅参考书或者上网找资料，熟悉/usr/src/linux（注意：这里最后一级目录名可能是个含具体内核版本号和 “linux ”字

13、符串的名字） 下各子目录的内容， 即所含 Linux 源代码的情况。2在概览Linux 启动和初始化部分源代码基础上，分析Linux 进程调度有关函数的源代码，主要是 schedule()函数和 goodness() 函数，并且要对它们引用的头文件等一并分析。3归纳总结出Linux的进程调度算法及其实现所用的主要数据结构。实验 11 跟踪系统查找文件过程一实验目的1了解 Linux 源代码的分布；2了解阅读Linux 源代码的一般方法；3熟悉 Linux 管理文件用的主要数据结构；4通过分析Linux 文件系统部分源代码，跟踪系统查找文件的过程。二实验内容1 通过查阅参考书或者上网找资料，熟悉

14、 /usr/src/linux（注意：这里最后一级目录名可能是个含具体内核版本号和 “ linux ”字符串的名字） 下各子目录的内容， 即所含 Linux 源代码的情况。2在概览Linux 启动和初始化部分源代码基础上，分析Linux 虚拟文件系统及EXT3文件系统的部分内核源代码，即其超级块、组描述符、数据块位图、索引节点表、目录项结构及其相关操作的源代码实现，并利用各种可能工具，跟踪、 展示 Linux 文件系统管理模块搜索 EXT3文件系统的 /usr/include/stdio.h文件的过程。3归纳总结出Linux 根据哪些主要数据结构先检索出文件/usr/include/stdio

15、.h的索引节点，进而读出其内容的全部过程。5实现级实验本级的实验既可在Linux ，也可在 Windows 2000 操作系统平台下进行。实验 11 进程调度模拟程序设计一实验目的加深对进程概念和进程调度过程/ 算法的理解。二、实验内容1给出进程调度的算法描述（如基于动态优先级和时间片轮转调度算法的描述）。62用 C语言设计一个对n 个并发进程进行调度的程序，每个进程由一个进程控制块（ PCB）结构表示，该进程控制块应包括下述信息：进程标识ID 、进程优先数PRIORITY（并规定优先数与优先权成正比）、时间片数CHIP、进程已经占用CPU的时间 CPUTIME，进程还需要运行的时间ALLTI

16、ME（当进程运行完毕时，其值为0）、进程的状态STATE（为简化起见。设每个进程处于运行E（ excecuting）、就绪R（ready ）和完成F（finish）三种状态之一，并假设起始状态都是就绪状态R。），以及进程队列指针NEXT（用来将PCB排成队列）等，可按照调度算法的不同而增删。3调度程序应当包含2 种不同的调度算法，运行时可以任选一种，以利于各种方法的分析和比较。4程序应能显示或打印各种进程状态和参数变化情况，便于观察。即要显示每个时间片内各进程的情况，并且指出运行进程及就绪和阻塞队列中的内容。实验 12 页面置换模拟程序设计一、实验目的加深对请求页式存储管理实现原理的理解，掌握

17、页面置换算法。二、实验内容1 假设分给一作业的内存块数为4，每个页面中可存放10 条指令。2 用 C 语言设计一个程序，模拟一作业的执行过程。设该作业共有320 条指令， 即它的地址空间为32 页，目前它的所有页面都还未调入内存。在模拟过程中，如果所访问的指令已经在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。如果所访问的指令尚未装入内存，则发生缺页， 此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。如果 4 个内存块中均已装入该作业的虚页面，则需进行页面置换。最后显示其物理地址，并转下一条指令。在所有320条指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。3 置换算法：请分别考虑OPT、 FIFO 和 LRU算法。作业中指令的访问次序要求按下述原则生成：50%的指令是顺序执行的。25%的指令是均匀分布在前地址（即低地址）部分。25%的指令是均匀分布在后地址（即高地址）部分。具体的实施办法是： 在 0 ， 319 之间随机选取一条起始执行指令，其序号为m；顺序执行下一条指令，即序号为m+1的指令；通过随机数，跳转到前地址部分0 ， m-1 中的某条指令处，其序号为m1；顺序执行下一条指令，即序号为m1+1的指令；通过随机数，跳转到后地址部分m1+2，319 中的某条指令处，其序号为m2；顺序执行下一条指令，即序号为