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华中科技大学
嵌入式操作系统课程设计实验报告
院
系
:
计算机科学与技术学院
专业
:
班级：
姓
名：
指导老师：
报告时间：
计算机科学与技术学院操作系统课程设计实验报告
U201014281
计算机科学与技术学院
目
录
1.
课程设计目的…………………………………………………………
3
2.
课程设计环境搭建……………
………………………………………3
3.
内容一：熟悉和理解
Linux
编程环境
< br>
3.1
内容要求…………
…………………………………………………………5
3.2
设计过程及实现………………………………………………………
……5
4.
内容二：掌握添加系统调用的方法
4.1
内容要求……………………
………………………………………………
9
4.2
设计过程及实现……………………………………………
………………
9
5.
内容三：掌握添
加设备驱动程序的方法
5.1
内容要求
…………………………………………………………………17
5.2
设计过程及实现……………
……………………………………………17
6.
内容四：理解和分析
/proc
文件
6.1
内容要求………
…………………………………………………………22
6.2
设计过程及实现……………………………………………
……………22
__________________________
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页
计算机科学与技术学院操作系统课程设计实验报告
< br>U201014281
1
课程设计目的
（
1
）掌握
Linux
操作系统的使
用方法；
（
2
）了解
Linux
系统内核代码结构；
（
3
）掌握实例操作系统的实现方
法。
2
课程设计环境搭建
（
1
）
windows 7
上，
利用虚拟机软件
VMware
软件搭建的
linux
平台：
◎
Ubuntu 11.10
（安装包：
ubuntu-11.10-desktop-i386
）
◎内核：
linux-
headers-3.0.0-12-generic
（
2<
/p>
）更改
root
登录：
< br>
在现阶段
Ubuntu
的系统中，是不允许直接以
root
身份登
录系统的，但是在
做课设的过程中，需要大量的使用
root<
/p>
权限来进行命令的操作。如果以普通用
户登录
ubuntu
，会连编辑一个文件都非常周折。为此，我找到了一种修改系统
文件，以达到直接使用
root
身份登录的方
法：
◎开始的时候，只能以普通用户登录，用
Ctrl+Alt+T
打开终端：
初始化
/
修改
root
密码
sudo
passwd root
用
vi
编辑器修改这个文件：
sudo vi /etc/lightdm/
在文件最后加入这么一行代码：
greeter-show-manual-
login=true
然后保存退出，
sudo
reboot
重启系统。之后就可以输入
root
用户登录。
（
3
）在添加系统调用中用到的其他内核包：
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◎下载和当前实验环境最为接近的系统版本（这点很重要）
使用
apt-get
install linux-source
-3.0.0
命令，
◎下载结果是
2
◎解压命令：
tar
–
xjvf 2
–
C /usr/src
◎解压后，
在
/usr/src
目录下得到内核文件夹
linux-source-3.0.0
计算机科学与技术学院操作系统课程设计
实验报告
U201014281
（
4
）在调用
linux
图形库时需要安装
GTK
环境：
◎安装
gcc/g++/gdb/make
等基本编程工具
apt-get install build-essential
Tip
：如果提示由于依赖项不能安
装，需要使用
apt
的强化版
apti
tude
，这
个工具可以自动分析软件包依赖，系统一般不自带
，需要先安装，具体过程是：
apt-get install aptitude
aptitude install build-essential
aptitude
这个工具很强大，对于解决软件包安装时的依赖问题很有帮
助。
◎安装
libgtk2.0-dev libglib2.0-dev
等开发相关的库文件：
apt-get install gnome-core-devel
◎安装
GTK
核心组件：
apt-get install
libgtk2.0-dev
这个安装完成后，
GTK
环境就基本搭建成功，网上有些教程说要安装其他配
置文件，经我亲测
，发现只要安装
libgtk2.0-dev
这个包就能搞定。
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计算机科学与技术学院操作系统课程设计实验报告
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3
内容一：熟悉和理解
Linux
编程环境
3.1
内容要求
< br>（
1
）编写一个
C
程序，实现文件拷贝功能
（
2
）
编写一个
C
程序，
使用
Linux
下的图形库
，
分窗口显示三个并发进程运行；
3.2
设计过程及实现
（
1
）文件拷贝：
①文件的拷贝主要的思想就是利用文件指针操作，
在两个文件之间进
行按字符的
fget
和
fput
。从而完成整个文件的拷贝操作。在这个基本功能之外，需要增加
程序
的健壮性，具体有以下几个方面：
·源文件是否存在且能读取数据；
·是否能创建目的文件，且能向里面写入数据；
·程序需要的
argc
参数个数是否满足要求；
②基于以上几点和内容要求，主要的程序段如下：
if(argc!=3)
//
判断参数个数是否为
3
，否则返回
{
printf(
return 0;
}
if(
(fsource=fopen(argv[1],
{
printf(
//
判断源文件是否能打开
和读出
return 0;
}
if(
(ftarget=fopen(argv[2],
{
}
printf(
！
n
//
判断目的文件时候能
创建和写入
return 0;
while((c=fgetc(fsource))!=EOF)
{
}
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fputc(c,ftarget);
//
按字符读取和写入数据
计算机科学与技术学院操作系统课程设计实验报告
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③执行结果如下：
将
source/
文件拷贝到到
,
开始时如下图
3-1
所示：
图
3-1
复制开始前
source/
文件内容
利用
mycop
y
程序复制，查看
文件复制结果如下图
3-2
所示：
图
3-2
复
制后
文件的具体内容
（
2
）实现三个进程之间的并发程序：
这里需要用到课程实验时的
fork( )
程序以及
GTK
的图形显示。
<
/p>
①基本
fork
（）程序，调用显示一个
父进程和两个子进程的结构如下：
if((pid_1=fork())==0)
{
printf(
//
第一个子进程
Child 1#
show(argc,argv,
//
调用函数显示窗口
}
else
{
if((pid_2=fork())==0){
printf(
< br>//
第二个子进程
Child
2#
show(argc,argv,
//
调用函数显示窗口
}
else {
printf(
//
父进程
Parent #
//
由于父进程需要显示全部子进程
PID
，所以这里直接用参数画窗口
}
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}
<
/p>
②调用
GTK
显示窗体函数模块的结构：
void show(int argc,char
*argv[],char *title ){
gtk_init (&argc, &argv);
//
初始化工具包并且获取命令行参数
;
window = gtk_window_new
(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
//
创建新的窗口
;
//
设定窗口的位置
;
gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window
), GTK_WIN_POS_CENTER);
//<
/p>
监听窗口的
destroy
事件
;
g_signal_connect (G_OBJECT
(window),
gtk_window_set_title
(GTK_WINDOW (window),
title);//
用来设定更改窗口标题
;
gtk_container_set_border_width
(GTK_CONTAINER (window),
20);//
设定宽度
;
//
使用
g
tk_vbox_new
函数建立纵向组装盒
;
//
为了显示构件，必须将构件放入
组装盒中
,
并将组装盒放在窗口内
;
vbox = gtk_vbox_new (FALSE, 10);
gtk_container_set_border_width
(GTK_CONTAINER (vbox),
100);//
设定宽度
;
gtk_container_add (GTK_CONTAINER
(window), vbox);
gtk_widget_show
(vbox);
//
使用
gtk_box_pack_start
函数
将构件放到组装盒中
;
sprintf
(id_char,
//
显示
PID
号
label = gtk_label_new
(id_char);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX
(vbox), label, FALSE, FALSE, 10);
gtk_widget_show (label);
sprintf (id_char,
父进程
ID:%d
//<
/p>
显示
PPID
号
label = gtk_label_new (id_char);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX
(vbox), label, FALSE, FALSE, 10);
gtk_widget_show (label);
button = gtk_button_new_with_label
(
//
关闭窗口按钮
//
信号
登记函数
,
监听按钮的
clicked
事件。
/
/
当窗口
clicked
时，
gtk_widget_destroy
就会被调用。
//
而
gtk_widget_destroy
函数又调用
gtk_main_quit()
结束程序运行。
g_signal_connect_swapped
(G_OBJECT
(button),
G_CALLBACK
(gtk_widget_destroy), window);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox),
button, FALSE, FALSE, 10);
GTK_WIDGET_SET_FLAGS (button,
GTK_CAN_DEFAULT);
gtk_widget_grab_default (button);
//
函数显示窗口中的组件
gtk_widget_show (button);
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gtk_widget_show (window);
//
准备将窗口和所有的组件显示在
屏幕上，函数必须在
GTK
程序的最后调用
.
gtk_main ();
} <
/p>
③编译代码
forkgtk.c
，运行；
编译命令为：
gcc -o forkgtk
forkgtk.c `pkg-config --cflags --libs
gtk+-2.0`
程序运行结果如下图
3-3
所示：
图
3-3
三个并行显示窗口
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4.
内容二：掌握添加系统调用的方法
4.1
内容要求
< br>（
1
）采用编译内核的方法，添加一个新的系统调用。<
/p>
（
2
）编写一
个应用程序，测试新添加的系统调用。
（
3
）系统调用的功能：文件拷贝。
4.2
设计过程及实现
在这一个部分，投入了比较多的时间。总结起来，主要有这么
几个方面：
·linux
内核版本的不同，
linux2.X
和
linux3.X
直接添加系统调用和重新编
译
内核的方法有差异，甚至
linux2.X
之间，内核文件也有
变化。
·再加上相关资料的步骤和
方法不尽相同，甚至还有互斥的步骤，这就使得
这个推进比较漫长。我之前的
Ubuntu
版本是
13.04
< br>，后来发现因为是
64
位的，
行
不通，只好换了一个低版本的
Ubuntu11.10,
经过自
己的实际工作，下面是在
运行成功之后，总结的一个过程。
（环
境和内核配置见本报告第二部分）
（
1
）修改
Makefile
文件，修改
系统版本后缀：如下图
4-1
所示：这里加的是本
人的姓名的首字母，以示区分。
__________________________
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图
4-1
修改
Makefile
文件版本
（
2
）修改
/
usr/src/
linux-source-3.0.0
/
kernel/
目录下的
sys.c
文
件，在最后加
入新的系统调用，拷贝函数实现。如下所示：
asmlinkage int sys_zcycopyfile(const
char* s_file, const char* t_file)
{
const int BUF_SIZE = 512;
int
fin,fout;
char buf[BUF_SIZE];
int copy_count;
mm_segment_t fs;
//
段操作的初始化
fs = get_fs();
set_fs(get_ds());
/*
系统调用打开源文件，若失败，返回
-1 */
if ((fin =
sys_open(s_file,O_RDONLY
,S_IRUSR)) ==
-1)
{
return -1;
printk(
}
/*
系统调用创建并打开目标文件，若失败，返回
-2 */
if
((fout
=
sys_open(t_file,O_RDWR
|
O_CREAT
|
O_TRUNC,S_IRUSR
|
S_IWUSR)) == -1)
{
return -2;
printk(
}
whi
le(copy_count=sys_read(fin,buf,BUF_SIZE))
{
/*
拷贝文件，若失败，返回
-3
*/
if (copy_count == -1 ||
sys_write(fout,buf,copy_count) == -1)
{
return -3;
printk(
}
}
set_fs(fs);
/*
段操作结束
*/
return 0;
}
（
3
）修改
/usr/src/
linux-source-3.0.0<
/p>
/arch/x86/include/asm/
文件夹下面头文
件：
unistd_32.h
，
在文件
的系统调用号部分添加一个新的系统调用
,
具体添加行如下：<
/p>
#define __NR_sys_zcycopyfile
347
__________________________
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页
<
/p>
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同时把下面的总调用号加
1<
/p>
，变成
348
。具体截图如下图
4-2
所示。
图
4-2
添加系统调用号
（
< br>4
）修改
/usr/src/ linux-sourc
e-3.0.0/x86/kernel/syscall_table_32.s
，<
/p>
①加入新的一行：
.long sys_zcycopyfile
②具体实现如下图
4-3
所示：
< br>
/* 347 */
__________________________
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页
<
/p>
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计算机科学与技术学院操作系统课程设计实验报告
U201014281
图
4-3
填写系统调用入口表
③当用户程序需要系统提供服务的时候，
比如
347
号调用
sys_zcycopyfile,
就会通过系统调用产生一个
int 0x80
的软中断，就
会进入到系统调用的入口函
数，
找到这个调用函数表查找入口函
数，
也就是这里的
.long
sys
_zcycopyfile
，
进而在
s
ys.c
中找到具体的函数实现
asmlinkage int
sys_zcycopyfile(const
char* s_file,
const char* t_file)
，从而实现系统调用。
（
5
）配置内核：（先
cd
到下载的新的内核包）
①净化解压后的源代码
make mrproper
②安装
ncurses
环境：
apt-get install libncurses5-dev
ncurses
是一个能提供基于文
本终端窗口功能的动态库
,
提供字符终端处理库，
包括面板和菜单。
③对内核选项进行配置
make menuconfig
执行命令之后，会弹出一个框，提示对内核裁剪或配置。这次用不到变化内
核模块，直接
用键盘方向键选
项就行了。
④建立模块间的依赖信息
make dep
__________________________
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<
/p>
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这一步正常情况会提示用户多此一举
⑤删除配置时留下的一些不用的文件
make clean
这一步一般没动作，除非是失败后再次编译内核时要用到。
<
/p>
（
6
）编译内核：
①编译内核文件
bzImage:
make bzImage
–
j9
这一步耗费的时间比较长，所以加了一个
-j9
，这种方法使用多线程编程，
实际使用时发现能很大的提高效率。
(
这个视
CPU
而定，要看
CPU
最多支持几个
线程
)
②编译内核模块：
make modules
–
j9
（
7
）安装内核
经过最麻烦的编译内核，接下来的安装内核就显得容易多了，输入命令
sudo make
modules_install
sudo make install
安装内核
安装内核模块
同样，如果嫌时间太慢的话，同样可以在最后加上
–
j9
（
8
）环境修改：
接下来主要是将编译安装生成的操作系统让系统引导程序“知道”，具体过
程如下图
4-4
所示：
图
4-4
环境修改
具体如下：
①复制内核到
boot
目录：
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/p>
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cp
arch/i386/boot/bzImage
/boot/
可利用
Tab
快速补全路径和文件，这样方便又不容易出错。
②建立要载入
ramdisk
的映
像文件
mkinitramfs
-o /boot/-3.0.69-zcy
③更新启动项文件
，直接输入命令
update-
grub2
就行。
（
9
）最后需要修改
/boot/grub/
目录下
文件；
进入文件之后，
按
Ctrl+F
查找
timeout
，
将所有的
timeout
数值改为
100
；
这个数值的单位是秒，
这么做的目的是修改启动项的暂停时间，
以便让用户有足
够的
时间选择要进入的操作系统。
（
10
）重
启，进入新系统：启动项如下图
4-5
所示：
< br>
图
4-5
系统启动项
※原版本内核比新内核小，入口在
Previous
Linux version
目录下，如下
图
4-6
所示：以上做的工作相当于在添加新的系统调用的同时还更新了系统。<
/p>
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