操作系統(tǒng)實驗

1、 bca(有時會出現(xiàn)abc的任意的排列)分析：從進程執(zhí)行并發(fā)來看，輸出abc的排列都是有可能的。原因：fork()創(chuàng)建進程所需的時間雖然可能多于輸出一個字符的時間，但各個進程的時間片的獲得卻不是一定是順序的，所以輸出abc的排列都是有可能的。2.進程的控制修改已編寫的程序，將每個進程輸出一個字符改為每個進程輸出一句話，再觀察程序執(zhí)行時屏幕上出現(xiàn)的現(xiàn)象，并分析原因。如果在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用lockf（）來給每一個進程加鎖，可以實現(xiàn)進程之間的互斥，觀察并分析出現(xiàn)的現(xiàn)象。2.1 實驗指導 （1）所涉及的系統(tǒng)調(diào)用lockf()lockf(files,function,size):用作鎖定文件的某些段或

2、者整個文件，本函數(shù)適用的頭文件為：#include參數(shù)定義：int lockf(files,function,size)int files,function;long size;其中：files是文件描述符：function是鎖定和解鎖；1表示鎖定，0表示解鎖。size是鎖定和解鎖的字節(jié)數(shù)，若用0，表示從文件的當前位置到文件尾。（2）參考程序程序1#include main( )int p1,p2,i;while(p1=fork( )= = -1);/*創(chuàng)建子進程p1*/if (p1= =0)for(i=0;i100;i+)printf(daughter%d/n,i);elsewhile(p2

3、=fork( )= = -1);/*創(chuàng)建子進程p2*/if(p2= =0)for(i=0;i100;i+)printf(son%d/n,i);elsefor(i=0;i100;i+)printf(parent%d/n,i);運行結(jié)果parentsondaughter.daughter.或parentsonparentdaughter等分析：由于函數(shù)printf()輸出的字符串之間不會被中斷，因此,每個字符串內(nèi)部的字符順序輸出時不變。但是 , 由于進程并發(fā)執(zhí)行時的調(diào)度順序和父子進程的搶占處理機問題，輸出字符串的順序和先后隨著執(zhí)行的不同而發(fā)生變化。這與打印單字符的結(jié)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);運行結(jié)果輸出parent塊,son塊,grand

5、child塊的順序可能不同，但是每個塊的輸出過程不會被打斷。分析：因為上述程序執(zhí)行時，lockf(1,1,0)鎖定標準輸出設(shè)備，lockf(1,0,0)解鎖標準輸出設(shè)備，在lockf(1,1,0)與lockf(1,0,0)中間的for循環(huán)輸出不會被中斷，加鎖與不加鎖效果不相同。六、注意事項本課程每個實驗為LINUX環(huán)境下進行實驗，要求使用GCC編譯器，能夠熟練使用VIM編輯器進行文件編輯和代碼開發(fā)，使用操作系統(tǒng)RedHat Enterprise 6 以上操作系統(tǒng)。七、實驗報告內(nèi)容及要求1.實驗的程序源碼；2.運行程序，給出運行結(jié)果截圖；3.分析實驗結(jié)果，給出實驗結(jié)論。實驗二 銀行家算法實驗屬性

6、實驗性質(zhì)： 驗證性實驗學時： 4學時實驗要求： 必做二、實驗?zāi)康?.進一步理解利用銀行家算法避免死鎖的問題；2.在了解和掌握銀行家算法的基礎(chǔ)上，編制銀行家算法通用程序，將調(diào)試結(jié)果顯示在計算機屏幕上，再檢測和筆算的一致性；3.理解和掌握安全序列、安全性算法。三、實驗環(huán)境及知識準備 1.實驗環(huán)境： Linux系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境2.知識準備：（1）銀行家算法基本算法概念;（2）C語言基本語法及設(shè)計理念。四、實驗內(nèi)容1. 了解和理解死鎖；2. 理解利用銀行家算法避免死鎖的原理；3. 會使用某種編程語言。五、實驗步驟及指導1.安全狀態(tài)指系統(tǒng)能按照某種順序如(稱為序列為安全序列)，為每個進程分配所需的資源，直至

7、最大需求，使得每個進程都能順利完成。2. 銀行家算法假設(shè)在進程并發(fā)執(zhí)行時進程i提出請求j類資源k個后，表示為Requestij=k。系統(tǒng)按下述步驟進行安全檢查：（1）如果RequestiNeedi則繼續(xù)以下檢查，否則顯示需求申請超出最大需求值的錯誤。（2）如果RequestiAvailable則繼續(xù)以下檢查，否則顯示系統(tǒng)無足夠資源，Pi阻塞等待。（3）系統(tǒng)試探著把資源分配給進程Pi，并修改下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值：Availablej=Availablej-Requestij;Allocationi,j=Allocationi,j+Requestij;Needi,j=Needi,j-Request

8、ij;（4）系統(tǒng)執(zhí)行安全性算法，檢查此次資源分配后，系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。若安全，才正式將資源分配給進程Pi，以完成本次分配；否則， 將本次的試探分配作廢，恢復(fù)原來的資源分配狀態(tài)，讓進程Pi等待。3.安全性算法（1）設(shè)置兩個向量： 工作向量Work: 它表示系統(tǒng)可提供給進程繼續(xù)運行所需的各類資源數(shù)目，它含有m個元素，在執(zhí)行安全算法開始時，Work=Available; Finish: 它表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進程，使之運行完成。開始時先做Finishi=false; 當有足夠資源分配給進程時， 再令Finishi=true。（2）從進程集合中找到一個能滿足下述條件的進程： Finish

9、i=false; Needi,jWorkj； 若找到， 執(zhí)行步驟(3)， 否則，執(zhí)行步驟(4)。（3）當進程Pi獲得資源后，可順利執(zhí)行，直至完成，并釋放出分配給它的資源，故應(yīng)執(zhí)行：Workj=Worki+Allocationi,j;Finishi=true;go to step 2; （4）如果所有進程的Finishi=true都滿足， 則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；否則，系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)4. 實驗步驟（1）參考圖2-1所示流程圖編寫安全性算法。YY所有finish都為true？輸出安全序列NYN存在Finishi =false&Needij 解密后文件路徑,此時gpg要求輸入前面設(shè)置的用于保護本

10、機私鑰的密碼，輸入密碼，解開私鑰。在存放加密文件的目錄下就生了一個解密后的文件，打開解密文件，瀏覽正文，與同組主機確定其正確性。五、實驗步驟及指導1. 實驗原理RSA公鑰體系的特點使它非常適合用來滿足兩個要求：保密性（privacy）和認證性（authentication）。PGP（Pretty Good Privacy），是一個基于RSA公鑰加密體系的郵件加密軟件，它提供了非對稱加密和數(shù)字簽名。其創(chuàng)始人是美國的Phil Zimmermann，他把RSA公鑰體系的方便和傳統(tǒng)加密體系的高速結(jié)合起來，并且在數(shù)字簽名和密鑰認證管理機制上有巧妙的設(shè)計，因此PGP成為目前非常流行的公鑰加密軟件包。PGP

11、有以下主要功能：（1）使用PGP對郵件加密，以防止非法閱讀；（2）能給加密的郵件追加上數(shù)字簽名，從而使收信人進一步確信郵件的發(fā)送者，而事先不需要任何保密的渠道用來傳遞密鑰；（3）可以實現(xiàn)只簽名而不加密，適用于發(fā)表公開聲明時證實聲明人身份，也可防止聲明人抵賴，這一點在商業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景；（4）能夠加密文件，包括圖形文件、聲音文件以及其它各類文件；（5）利用PGP代替Unicode生成RADIX64（就是MIME的BASE 64格式）的編碼文件。PGP給郵件加密和簽名的過程是這樣的：首先甲用自己的私鑰將上述的128位值加密，附加在郵件后，再用乙的公鑰將整個郵件加密（要注意這里的次序，如果先加

12、密再簽名的話，別人可以將簽名去掉后簽上自己的簽名，從而篡改了簽名）。這樣這份密文被乙收到以后，乙用自己的私鑰將郵件解密，得到甲的原文和簽名，乙的PGP也從原文計算出一個128位的特征值來和用甲的公鑰解密簽名所得到的數(shù)進行比較，如果符合就說明這份郵件確實是甲寄來的。這樣兩個安全性要求都得到了滿足。2. 實驗步驟2.1 生成公私密鑰（1）本機單擊實驗平臺“GnuPG”工具按鈕，進入工作目錄，鍵入命令：gpg -gen-key開始生成公私鑰對。期間gpg會依次詢問如下信息：欲產(chǎn)生密鑰種類（默認選擇1）密鑰大?。J大小2048字節(jié)）密鑰有效期限（默認選擇0永不過期）（2）生成用戶標識，期間gpg會依

13、次詢問如下信息：Real name（用戶名，請按本機的組編號和主機編號確定你的用戶名）Email address（Email地址，如user2DCServer.Netlab）Common（注釋信息，建議與用戶名相同）確定上述輸入后，gpg會提示你將要生成的USER-ID。鍵入“O”確定以上信息后，gpg需要一個密碼來保護即將生成的用戶私鑰，為了方便記憶，我們選擇密碼與用戶名相同。（3）接下來gpg會根據(jù)以上信息生成公私密鑰對，并將它們存放在 C:Documents and SettingsAdministratorApplication Datagnupg目錄下，名字分別為：pubring.g

14、pg和secring.gpg。2.2 導出公鑰本機在gpg工作目錄鍵入命令：gpg -a -o D:WorkPGPuserGXpubkey.asc -export userGX (userGX) (userGXCServer.Netlab),gpg會將公鑰導入到D:WorkPGP這個指定目錄的userGXpubkey.asc文件中。將userGXpubkey.asc文件發(fā)送到同組主機PGP共享目錄中。2.3 導入同組主機公鑰本機從同組主機發(fā)送來的userGYpubkey.asc文件中，將對方公鑰導入至本機gpg庫，其命令如下：gpg -import D:WorkPGPuserGYpubkey.

15、asc。2.4 利用對方公鑰進行加密（1）在“D:WorkPGP”目錄中新建一文本文件“userGX.txt”。（2）利用對方公鑰對userGX.txt加密，并對其進行簽名在gpg工作目錄鍵入如下命令：gpg -sea -r userGYCServer.Netlab 加密文件絕對路徑，其中userGYCServer.Netlab為USER-ID。最后在原文件所在目錄下，生成一個名為“userGX.txt.asc”的文件，將該文件發(fā)送到同組主機PGP目錄中。2.5 解密密文（1）在gpg工作目錄下鍵入命令：gpg -d 加密文件絕對路徑 解密后文件路徑,此時gpg要求輸入前面設(shè)置的用于保護本機私

16、鑰的密碼，輸入密碼，解開私鑰。在存放加密文件的目錄下就生了一個解密后的文件，打開解密文件，瀏覽正文，與同組主機確定其正確性。六、注意事項1實驗指導書中的截圖和操作均為windows平臺下操作，使用的軟件為GNUPG工具，在windows操作的步驟和過程和linux操作十分相似，需要學生將此實驗移植到linux平臺下；2在實驗中加密的位數(shù)保持在1024上下，確保實驗機器的內(nèi)存足夠用。七、實驗報告內(nèi)容及要求1.實驗的程序源碼；2.運行程序，給出運行結(jié)果截圖；3.分析實驗結(jié)果，給出實驗結(jié)論。 實驗六 linux文件系統(tǒng)及系統(tǒng)調(diào)用實驗屬性 實驗性質(zhì)： 驗證性實驗學時： 2學時實驗要求： 選做二、實驗?zāi)?/p>

17、的在linux系統(tǒng)中共享文件，通過網(wǎng)絡(luò)使得遠程的客戶端能夠順利的加載服務(wù)器的文件系統(tǒng)，在加載的過程中觀察操作系統(tǒng)的驅(qū)動變化。三、實驗環(huán)境及知識準備 1.實驗環(huán)境： Linux系統(tǒng)環(huán)境 2.知識準備： (1)了解Linux文件系統(tǒng)；(2)了解NFS文件系統(tǒng)的服務(wù)端和客戶端。四、實驗內(nèi)容掌握本地文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)之間的區(qū)別；了解網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)存儲過程；了解網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)在讀取或者存儲時的驅(qū)動加載。五、實驗步驟及指導NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，服務(wù)端完成文件的共享，控制權(quán)限和限制地域使用，客戶端使用Linux 系統(tǒng)自帶的工具軟件掛載網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)形成本地的文件系統(tǒng)，在掛載的同事觀察網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的驅(qū)動加載及

18、vfs文件系統(tǒng)層面的驅(qū)動加載變化。1.配置Linux NFS的服務(wù)端，共享文件2.檢查Linux文件系統(tǒng)VFS接口的關(guān)聯(lián)情況3.檢查VFS層面驅(qū)動加載情況4.在文件讀寫操作發(fā)生時，調(diào)用系統(tǒng)底層的系統(tǒng)調(diào)用數(shù)目記錄（1）Linux Kernel VFS 文件系統(tǒng)超級塊代碼：struct super_block struct list_head s_list; /*指向超級塊鏈表的指針*/*包含該具體文件系統(tǒng)的塊設(shè)備標識符。*例如，對于 /dev/hda1，其設(shè)備標識符為 0 x301 kdev_t s_dev;/*該具體文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)塊的大小，以字節(jié)為單位*/ unsigned long s_bl

19、ocksize;/*塊大小的值占用的位數(shù)，例如，如果塊大小為1024字節(jié)，則該值為10*/ unsigned char s_blocksize_bits; unsigned char s_dirt; /*修改標志*/ unsigned long long s_maxbytes; /*文件的最大長度*/ struct file_system_type *s_type;/*指向某個特定的具體文件系統(tǒng)的用于超級塊操作的函數(shù)集合的指針*/ struct super_operations *s_op;struct dquot_operations*dq_op;/*指向磁盤限額方法的指針*/ unsign

20、ed long s_flags; /*魔數(shù)，即該具體文件系統(tǒng)區(qū)別于其它文系統(tǒng)的一個標志*/ 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; /*已修改索引節(jié)點的鏈表*/struct list_head s_locked_inodes;/*涉及I/O的索引節(jié)點的鏈表*/struct list_heads_files; /*分配給超級的文

21、件對象的鏈表*/ struct block_device *s_bdev; struct list_head s_instances; struct quota_mount_options s_dquot; /*磁盤限額的選項*/*一個共用體，其成員是各種文件系統(tǒng)的fsname_sb_info數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/ 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 文件系統(tǒng)索引節(jié)點對象代碼 struct inode /*描述索引節(jié)點高速緩存管理的域*/ struct list_head i_hash; /*指向哈希鏈表的指針*/ struct list_head i_list; /*指向索引節(jié)點鏈表的指針*/ struct list_head i_dentry; /*指向目錄項鏈表的指針*/ 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; /*索引節(jié)點號*/ atomic_t i_count; /*引用計數(shù)器*/ kdev_t i_dev; /*設(shè)備標識號 */ umode_t i_mode; nlink_t i_nlink; uid_t i_uid; /*文件擁有者標識號*/ gid_t i_gid; /*文件擁有者所在組的標識號*/ kdev_t i_rdev; /*實際設(shè)備標識號*/ loff_t i_size; time_t i_atime; /*文件

26、的最后訪問時間*/ time_t i_mtime; /*文件的最后修改時間*/ time_t i_ctime; /*節(jié)點的修改時間*/ unsigned int i_blkbits;/*塊的位數(shù)*/ unsigned long i_blksize; /*塊大小*/ unsigned long i_blocks; /*該文件所占塊數(shù)*/ unsigned long i_version; /*版本號*/ struct semaphore i_sem; struct semaphore i_zombie; /*僵死索引節(jié)點的信號量*/ struct inode_operations*i_op; /*

27、索引節(jié)點的操作*/ struct file_operations *i_fop; /*指向缺省的文件操作*/ struct super_block*i_sb; /*指向該文件系統(tǒng)超級塊的指針 */ wait_queue_head_t i_wait; /*指向索引節(jié)點等待隊列的指針*/ struct file_lock *i_flock; /*指向文件加鎖鏈表的指針*/*用于分頁機制的域*/ struct address_space *i_mapping;/*把所有可交換的頁面管理起來*/ struct address_space i_data; struct dquot *i_dquotMAX

28、QUOTAS; /*以下幾個域應(yīng)當是聯(lián)合體*/ struct list_head i_devices; /*設(shè)備文件形成的鏈表*/ struct pipe_inode_info *i_pipe; /*指向管道文件*/ struct block_device *i_bdev; /*指向塊設(shè)備文件的指針*/ struct char_device *i_cdev; /*指向字符設(shè)備文件的指針*/ unsigned long i_dnotify_mask; /*目錄通知事件標志*/ struct dnotify_struct *i_dnotify; unsigned long i_state; /*索引節(jié)點的狀態(tài)標志*/ unsigned int i_flags; /*文件系統(tǒng)的安裝標志*/ unsigned char i_sock; /*如果是套接字文件則為真*/ atomic_t i_writecount; /*寫進程的引用計數(shù)*/ unsigned int i_attr_flags; /*文件創(chuàng)建標志*/ _u32 i_generation;/*類似于超級塊的一個共用體，其成員是各種具體*文件系統(tǒng)的fsname_inode_info數(shù)據(jù)結(jié)