操作系统实验

1、 bca(有时会出现abc的任意的排列)分析：从进程执行并发来看，输出abc的排列都是有可能的。原因：fork()创建进程所需的时间虽然可能多于输出一个字符的时间，但各个进程的时间片的获得却不是一定是顺序的，所以输出abc的排列都是有可能的。2.进程的控制修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。如果在程序中使用系统调用lockf（）来给每一个进程加锁，可以实现进程之间的互斥，观察并分析出现的现象。2.1 实验指导 （1）所涉及的系统调用lockf()lockf(files,function,size):用作锁定文件的某些段或

2、者整个文件，本函数适用的头文件为：#include参数定义：int lockf(files,function,size)int files,function;long size;其中：files是文件描述符：function是锁定和解锁；1表示锁定，0表示解锁。size是锁定和解锁的字节数，若用0，表示从文件的当前位置到文件尾。（2）参考程序程序1#include main( )int p1,p2,i;while(p1=fork( )= = -1);/*创建子进程p1*/if (p1= =0)for(i=0;i100;i+)printf(daughter%d/n,i);elsewhile(p2

3、=fork( )= = -1);/*创建子进程p2*/if(p2= =0)for(i=0;i100;i+)printf(son%d/n,i);elsefor(i=0;i100;i+)printf(parent%d/n,i);运行结果parentsondaughter.daughter.或parentsonparentdaughter等分析：由于函数printf()输出的字符串之间不会被中断，因此,每个字符串内部的字符顺序输出时不变。但是 , 由于进程并发执行时的调度顺序和父子进程的抢占处理机问题，输出字符串的顺序和先后随着执行的不同而发生变化。这与打印单字符的结果相同。程序2#include#

4、includemain()int p1,p2,i;while(p1=fork()=-1);if(p1=0)lockf(1,1,0);for(i=0;i50;i+)printf(child %d/n,i);lockf(1,0,0);elsewhile(p2=fork()=-1);if(p2=0)lockf(1,1,0);for(i=0;i50;i+)printf(son %d/n,i);lockf(1,0,0);elselockf(1,1,0);for(i=0;i50;i+)printf(daughter %d/n,i);lockf(1,0,0);运行结果输出parent块,son块,grand

5、child块的顺序可能不同，但是每个块的输出过程不会被打断。分析：因为上述程序执行时，lockf(1,1,0)锁定标准输出设备，lockf(1,0,0)解锁标准输出设备，在lockf(1,1,0)与lockf(1,0,0)中间的for循环输出不会被中断，加锁与不加锁效果不相同。六、注意事项本课程每个实验为LINUX环境下进行实验，要求使用GCC编译器，能够熟练使用VIM编辑器进行文件编辑和代码开发，使用操作系统RedHat Enterprise 6 以上操作系统。七、实验报告内容及要求1.实验的程序源码；2.运行程序，给出运行结果截图；3.分析实验结果，给出实验结论。实验二 银行家算法实验属性

6、实验性质： 验证性实验学时： 4学时实验要求： 必做二、实验目的1.进一步理解利用银行家算法避免死锁的问题；2.在了解和掌握银行家算法的基础上，编制银行家算法通用程序，将调试结果显示在计算机屏幕上，再检测和笔算的一致性；3.理解和掌握安全序列、安全性算法。三、实验环境及知识准备 1.实验环境： Linux系统开发环境2.知识准备：（1）银行家算法基本算法概念;（2）C语言基本语法及设计理念。四、实验内容1. 了解和理解死锁；2. 理解利用银行家算法避免死锁的原理；3. 会使用某种编程语言。五、实验步骤及指导1.安全状态指系统能按照某种顺序如(称为序列为安全序列)，为每个进程分配所需的资源，直至

7、最大需求，使得每个进程都能顺利完成。2. 银行家算法假设在进程并发执行时进程i提出请求j类资源k个后，表示为Requestij=k。系统按下述步骤进行安全检查：（1）如果RequestiNeedi则继续以下检查，否则显示需求申请超出最大需求值的错误。（2）如果RequestiAvailable则继续以下检查，否则显示系统无足够资源，Pi阻塞等待。（3）系统试探着把资源分配给进程Pi，并修改下面数据结构中的数值：Availablej=Availablej-Requestij;Allocationi,j=Allocationi,j+Requestij;Needi,j=Needi,j-Request

8、ij;（4）系统执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态。若安全，才正式将资源分配给进程Pi，以完成本次分配；否则， 将本次的试探分配作废，恢复原来的资源分配状态，让进程Pi等待。3.安全性算法（1）设置两个向量： 工作向量Work: 它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available; Finish: 它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finishi=false; 当有足够资源分配给进程时， 再令Finishi=true。（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程： Finish

9、i=false; Needi,jWorkj； 若找到， 执行步骤(3)， 否则，执行步骤(4)。（3）当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行：Workj=Worki+Allocationi,j;Finishi=true;go to step 2; （4）如果所有进程的Finishi=true都满足， 则表示系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态4. 实验步骤（1）参考图2-1所示流程图编写安全性算法。YY所有finish都为true？输出安全序列NYN存在Finishi =false&Needij 解密后文件路径,此时gpg要求输入前面设置的用于保护本

10、机私钥的密码，输入密码，解开私钥。在存放加密文件的目录下就生了一个解密后的文件，打开解密文件，浏览正文，与同组主机确定其正确性。五、实验步骤及指导1. 实验原理RSA公钥体系的特点使它非常适合用来满足两个要求：保密性（privacy）和认证性（authentication）。PGP（Pretty Good Privacy），是一个基于RSA公钥加密体系的邮件加密软件，它提供了非对称加密和数字签名。其创始人是美国的Phil Zimmermann，他把RSA公钥体系的方便和传统加密体系的高速结合起来，并且在数字签名和密钥认证管理机制上有巧妙的设计，因此PGP成为目前非常流行的公钥加密软件包。PGP

11、有以下主要功能：（1）使用PGP对邮件加密，以防止非法阅读；（2）能给加密的邮件追加上数字签名，从而使收信人进一步确信邮件的发送者，而事先不需要任何保密的渠道用来传递密钥；（3）可以实现只签名而不加密，适用于发表公开声明时证实声明人身份，也可防止声明人抵赖，这一点在商业领域有很大的应用前景；（4）能够加密文件，包括图形文件、声音文件以及其它各类文件；（5）利用PGP代替Unicode生成RADIX64（就是MIME的BASE 64格式）的编码文件。PGP给邮件加密和签名的过程是这样的：首先甲用自己的私钥将上述的128位值加密，附加在邮件后，再用乙的公钥将整个邮件加密（要注意这里的次序，如果先加

12、密再签名的话，别人可以将签名去掉后签上自己的签名，从而篡改了签名）。这样这份密文被乙收到以后，乙用自己的私钥将邮件解密，得到甲的原文和签名，乙的PGP也从原文计算出一个128位的特征值来和用甲的公钥解密签名所得到的数进行比较，如果符合就说明这份邮件确实是甲寄来的。这样两个安全性要求都得到了满足。2. 实验步骤2.1 生成公私密钥（1）本机单击实验平台“GnuPG”工具按钮，进入工作目录，键入命令：gpg -gen-key开始生成公私钥对。期间gpg会依次询问如下信息：欲产生密钥种类（默认选择1）密钥大小（默认大小2048字节）密钥有效期限（默认选择0永不过期）（2）生成用户标识，期间gpg会依

13、次询问如下信息：Real name（用户名，请按本机的组编号和主机编号确定你的用户名）Email address（Email地址，如user2DCServer.Netlab）Common（注释信息，建议与用户名相同）确定上述输入后，gpg会提示你将要生成的USER-ID。键入“O”确定以上信息后，gpg需要一个密码来保护即将生成的用户私钥，为了方便记忆，我们选择密码与用户名相同。（3）接下来gpg会根据以上信息生成公私密钥对，并将它们存放在 C:Documents and SettingsAdministratorApplication Datagnupg目录下，名字分别为：pubring.g

14、pg和secring.gpg。2.2 导出公钥本机在gpg工作目录键入命令：gpg -a -o D:WorkPGPuserGXpubkey.asc -export userGX (userGX) (userGXCServer.Netlab),gpg会将公钥导入到D:WorkPGP这个指定目录的userGXpubkey.asc文件中。将userGXpubkey.asc文件发送到同组主机PGP共享目录中。2.3 导入同组主机公钥本机从同组主机发送来的userGYpubkey.asc文件中，将对方公钥导入至本机gpg库，其命令如下：gpg -import D:WorkPGPuserGYpubkey.

15、asc。2.4 利用对方公钥进行加密（1）在“D:WorkPGP”目录中新建一文本文件“userGX.txt”。（2）利用对方公钥对userGX.txt加密，并对其进行签名在gpg工作目录键入如下命令：gpg -sea -r userGYCServer.Netlab 加密文件绝对路径，其中userGYCServer.Netlab为USER-ID。最后在原文件所在目录下，生成一个名为“userGX.txt.asc”的文件，将该文件发送到同组主机PGP目录中。2.5 解密密文（1）在gpg工作目录下键入命令：gpg -d 加密文件绝对路径 解密后文件路径,此时gpg要求输入前面设置的用于保护本机私

16、钥的密码，输入密码，解开私钥。在存放加密文件的目录下就生了一个解密后的文件，打开解密文件，浏览正文，与同组主机确定其正确性。六、注意事项1实验指导书中的截图和操作均为windows平台下操作，使用的软件为GNUPG工具，在windows操作的步骤和过程和linux操作十分相似，需要学生将此实验移植到linux平台下；2在实验中加密的位数保持在1024上下，确保实验机器的内存足够用。七、实验报告内容及要求1.实验的程序源码；2.运行程序，给出运行结果截图；3.分析实验结果，给出实验结论。 实验六 linux文件系统及系统调用实验属性 实验性质： 验证性实验学时： 2学时实验要求： 选做二、实验目

17、的在linux系统中共享文件，通过网络使得远程的客户端能够顺利的加载服务器的文件系统，在加载的过程中观察操作系统的驱动变化。三、实验环境及知识准备 1.实验环境： Linux系统环境 2.知识准备： (1)了解Linux文件系统；(2)了解NFS文件系统的服务端和客户端。四、实验内容掌握本地文件系统及网络网络文件系统之间的区别；了解网络文件系统存储过程；了解网络文件系统在读取或者存储时的驱动加载。五、实验步骤及指导NFS网络文件系统，服务端完成文件的共享，控制权限和限制地域使用，客户端使用Linux 系统自带的工具软件挂载网络文件系统形成本地的文件系统，在挂载的同事观察网络文件系统的驱动加载及

18、vfs文件系统层面的驱动加载变化。1.配置Linux NFS的服务端，共享文件2.检查Linux文件系统VFS接口的关联情况3.检查VFS层面驱动加载情况4.在文件读写操作发生时，调用系统底层的系统调用数目记录（1）Linux Kernel VFS 文件系统超级块代码：struct super_block struct list_head s_list; /*指向超级块链表的指针*/*包含该具体文件系统的块设备标识符。*例如，对于 /dev/hda1，其设备标识符为 0 x301 kdev_t s_dev;/*该具体文件系统中数据块的大小，以字节为单位*/ unsigned long s_bl

19、ocksize;/*块大小的值占用的位数，例如，如果块大小为1024字节，则该值为10*/ unsigned char s_blocksize_bits; unsigned char s_dirt; /*修改标志*/ unsigned long long s_maxbytes; /*文件的最大长度*/ struct file_system_type *s_type;/*指向某个特定的具体文件系统的用于超级块操作的函数集合的指针*/ struct super_operations *s_op;struct dquot_operations*dq_op;/*指向磁盘限额方法的指针*/ unsign

20、ed long s_flags; /*魔数，即该具体文件系统区别于其它文系统的一个标志*/ unsigned long s_magic; struct dentry *s_root; struct rw_semaphore s_umount; struct semaphore s_lock; ints_count; atomic_t s_active;structlist_head s_dirty; /*已修改索引节点的链表*/struct list_head s_locked_inodes;/*涉及I/O的索引节点的链表*/struct list_heads_files; /*分配给超级的文

21、件对象的链表*/ struct block_device *s_bdev; struct list_head s_instances; struct quota_mount_options s_dquot; /*磁盘限额的选项*/*一个共用体，其成员是各种文件系统的fsname_sb_info数据结构*/ union struct minix_sb_info minix_sb; struct ext2_sb_info ext2_sb; struct ext3_sb_info ext3_sb; struct hpfs_sb_info hpfs_sb; struct ntfs_sb_infontf

22、s_sb; struct msdos_sb_info msdos_sb; struct isofs_sb_info isofs_sb; struct nfs_sb_infonfs_sb; struct sysv_sb_info sysv_sb; struct affs_sb_info affs_sb; struct ufs_sb_info ufs_sb; struct efs_sb_info efs_sb; struct shmem_sb_info shmem_sb; struct romfs_sb_info romfs_sb; struct smb_sb_info smbfs_sb; str

23、uct hfs_sb_info hfs_sb; struct adfs_sb_info adfs_sb; struct qnx4_sb_infoqnx4_sb; struct reiserfs_sb_info reiserfs_sb; struct bfs_sb_info bfs_sb; struct udf_sb_infoudf_sb; struct ncp_sb_infoncpfs_sb; struct usbdev_sb_info usbdevfs_sb; struct jffs2_sb_info jffs2_sb; struct cramfs_sb_info cramfs_sb; vo

24、id *generic_sbp; u; struct semaphore s_vfs_rename_sem; struct semaphore s_nfsd_free_path_sem;（2）Linux Kernel VFS 文件系统索引节点对象代码 struct inode /*描述索引节点高速缓存管理的域*/ struct list_head i_hash; /*指向哈希链表的指针*/ struct list_head i_list; /*指向索引节点链表的指针*/ struct list_head i_dentry; /*指向目录项链表的指针*/ struct list_head i_d

25、irty_buffers; struct list_head i_dirty_data_buffers;/*描述文件信息的域*/ unsigned long i_ino; /*索引节点号*/ atomic_t i_count; /*引用计数器*/ kdev_t i_dev; /*设备标识号 */ umode_t i_mode; nlink_t i_nlink; uid_t i_uid; /*文件拥有者标识号*/ gid_t i_gid; /*文件拥有者所在组的标识号*/ kdev_t i_rdev; /*实际设备标识号*/ loff_t i_size; time_t i_atime; /*文件

26、的最后访问时间*/ time_t i_mtime; /*文件的最后修改时间*/ time_t i_ctime; /*节点的修改时间*/ unsigned int i_blkbits;/*块的位数*/ unsigned long i_blksize; /*块大小*/ unsigned long i_blocks; /*该文件所占块数*/ unsigned long i_version; /*版本号*/ struct semaphore i_sem; struct semaphore i_zombie; /*僵死索引节点的信号量*/ struct inode_operations*i_op; /*

27、索引节点的操作*/ struct file_operations *i_fop; /*指向缺省的文件操作*/ struct super_block*i_sb; /*指向该文件系统超级块的指针 */ wait_queue_head_t i_wait; /*指向索引节点等待队列的指针*/ struct file_lock *i_flock; /*指向文件加锁链表的指针*/*用于分页机制的域*/ struct address_space *i_mapping;/*把所有可交换的页面管理起来*/ struct address_space i_data; struct dquot *i_dquotMAX

28、QUOTAS; /*以下几个域应当是联合体*/ struct list_head i_devices; /*设备文件形成的链表*/ struct pipe_inode_info *i_pipe; /*指向管道文件*/ struct block_device *i_bdev; /*指向块设备文件的指针*/ struct char_device *i_cdev; /*指向字符设备文件的指针*/ unsigned long i_dnotify_mask; /*目录通知事件标志*/ struct dnotify_struct *i_dnotify; unsigned long i_state; /*索引节点的状态标志*/ unsigned int i_flags; /*文件系统的安装标志*/ unsigned char i_sock; /*如果是套接字文件则为真*/ atomic_t i_writecount; /*写进程的引用计数*/ unsigned int i_attr_flags; /*文件创建标志*/ _u32 i_generation;/*类似于超级块的一个共用体，其成员是各种具体*文件系统的fsname_inode_info数据结