Linux操作系统实验教程

第一部分Linux操作系统基本原理

第1章Linux操作系统简介

1.1Linux的渊源和发展简史

1.2Linux的基本特性

1.3Linux内核的开发模式与内核版本号

1.4Linux发行版介绍

1.5Linux内核源代码组织结构

1.6学习Linux的辅助软件介绍

第2章Linux的进程管理

2.1进程与进程描述符

2.2进程状态及切换时机

2.2.1Linux的进程状态

2.2.2进程的切换时机

2.3进程的调度算法

2.4进程的创建与消亡

第3章Linux的存储器管理

3.1物理内存的管理

3.1.1页帧与区域

3.1.2伙伴算法

3.1.3slab分配器

3.2进程地址空间的管理

3.2.1页表机制

3.2.2vm_area_struct结构

3.2.3进程地址空间的相关系统调用

3.2.4页面异常的处理

第4章Linux的文件系统

4.1VFS

4.1.1VFS的作用

4.1.2进程描述符中与文件系统相关的成员

4.1.3VFS的文件模型

4.1.4文件系统的注册与安装

4.1.5各种对象的操作接口

4.2EXT2文件系统

4.2.1EXT2在磁盘上的物理布局

4.2.2主要的数据结构及其基本操作

4.2.3磁盘块的分配与释放

4.3主要文件系统的系统调用处理流程

4.3.1文件的open操作

4.3.2文件的read操作

第5章Linux的设备管理

5.1设备文件的概念

5.2设备模型基础

5.3相关数据结构

5.3.1字符设备管理

5.3.2块设备管理

5.3.3buffer

5.3.4设备请求队列和I/O调度算法

5.4块设备文件的open和read操作

5.4.1块设备驱动程序组成

5.4.2open函数

5.4.3read函数

第6章中断、异常及系统调用

6.1中断和异常的基本知识

6.2异常处理函数

6.3系统调用

6.4中断的处理

6.4.1中断控制器

6.4.2管理中断的数据结构

6.4.3中断的处理过程

6.5软中断

第7章SysV进程间通信

7.1共有的特性

7.2信号量

7.3消息队列

7.4共享内存

第二部分基于Linux操作系统的实验

第8章用户态编程实验

8.1实验1bash脚本编程

8.1.1实验内容

8.1.2bash脚本编程简介

8.1.2.1注释和简单命令

8.1.2.2环境变量

8.1.2.3控制结构

8.1.2.4函数

8.1.3实验指南

8.2实验2观察Linux行为

8.2.1实验内容

8.2.2proc文件系统简介

8.2.3实验指南

8.2.3.1Linux环境下C语言编程环境简介

8.2.3.2实验程序框架

8.3实验3实现Linux命令解释器

8.3.1实验内容

8.3.2myshell的语法

8.3.3myshell的程序框架

8.3.4myshell命令行的语法分析

8.3.5简单命令的执行

8.3.6myshell的Makefile

8.3.7实验指南

第9章内核编程基础实验

9.1实验4内核模块

9.1.1实验内容

9.1.2Linux内核模块简介

9.1.3内核符号表

9.1.4内核模块编程介绍

9.1.4.1内核模块实例

9.1.4.2模块编程的基本知识

9.1.4.3Makefile介绍

9.1.5实验指南

9.1.6测试

9.2实验5proc文件系统编程

9.2.1实验内容

9.2.2proc文件系统编程简介

9.2.2.1proc文件系统编程示例

9.2.2.2proc文件系统的核心数据结构

9.2.2.3proc文件系统编程接口

9.2.3实验指南

9.3实验6编译内核及增加Linux系统调用

9.3.1实验内容

9.3.2Fedora下编译内核

9.3.2.1第1步下载内核

9.3.2.2第2步生成内核配置文件.config

9.3.2.3第3步编译和安装新的内核

9.3.3添加psta系统调用

9.3.4测试新增系统调用psta

9.3.5noexec系统调用的实现

第10章内核编程综合实验

10.1实验7进程隐藏

10.1.1实验内容

10.1.2背景知识介绍

10.1.3proc文件系统实现简介

10.1.4实验指南

10.1.4.1功能⑴的实现

10.1.4.2功能（5）的实现

10.1.4.3功能（7）的实现

10.2实验8字符设备驱动开发

10.2.1实验内容

10.2.2字符设备驱动开发介绍

10.2.2.1测试字符设备

10.2.2.2描述设备的数据结构

10.2.2.3设备号的操作

10.2.2.4字符设备的注册与注销

10.2.2.5文件操作集

10.2.2.6同步

10.2.3字符设备chatdev的实现

10.2.4聊天程序chat的实现

10.3实验9naive文件系统的设计与实现

10.3.1实验内容

10.3.2项目的准备工作及建议

10.3.3实验指南

10.3.3.1第1步创建设备

10.3.3.2第2步格式化分区

10.3.3.3第3步定义并注册naive文件系统

10.3.3.4第4步安装/卸载文件系统分区

10.3.3.5第5步显示根目录的内容

10.3.3.6第6步在根目录下创建内容为空的文件

10.3.3.7第7步写文件和读文件

10.3.3.8第8步删除文件

10.3.3.9第9步创建目录

10.3.3.10第10步删除目录

10.4实验10块设备驱动开发

10.4.1实验内容

10.4.2实验基础和思路

10.4.2.1参考驱动程序1块设备驱动程序sbull

10.4.2.2参考驱动程序2USB字符设备驱动程序usb-skeleton

10.4.3U盘驱动的帮助函数

10.4.3.1函数原型及其使用

10.4.3.2工作原理和过程

10.4.4实验指南

第三部分Linux环境下的操作及常用命令和函数

附录ALinux常用命令

A.1用户终端命令

A.2vi编辑器的用法

附录BLinux常用函数

B.1进程管理函数

B.2文件管理函数

B.3进程间通信

B.4多线程库

附录C内核配置文件的生成

C.1配置文件初步生成

C.2修改内核配置文件

C.3内核编译选项介绍

参考文献

　　本书是国防科技大学国家精品课程“操作系统”建设的成果之一。本书分为三部分。第一部分介绍Linux操作系统原理；第二部分介绍10个基于Linux的实验；第三部分附录包含Linux操作及编程所需的参考资料。本书可作为CCC2002《操作系统实验和课程设计》专用指导教材，其中部分内容也可以作为操作系统原理课程的课后实验。本书还是Linux技术人员的系统编程入门参考书。本书作者长期从事计算机操作系统研究开发及教学工作，根据多年操作系统开发及国家精品课程建设的教学经验，参考国内外近年出版的各类操作系统实验教程特色，设计了一组基于Linux环境的操作系统课程实验，它包括三种类型：系统管理用shell脚本编程及用户态运行应用程序实验；内核入门实验；内核综合实验。用户态编程实验主要是让学生体会操作系统功能及接口，在内核实验中，有内核模块实现这样的内核入门实验，也有文件系统、USB盘驱动这样的实用综合实验，目的是让学生由浅入深地实际体验Linux操作系统的系统能力及操作系统设计原理。　　本书是国防科技大学国家精品课程“操作系统”配套教材，系统地讲解了Linux操作系统原理和基于Linux的各种编程，特别是Linux操作系统内核编程。本书内容分为三部分：第一部分介绍Linux操作系统原理；第二部分介绍10个基于Linux的实验；第三部分附录包含Linux环境下的操作及与编程有关的命令和函数列表。　　本书适合作为高等学校计算机科学与技术、软件工程、信息安全、信息与计算科学、信息管理与信息系统等专业操作系统实验和课程设计教材，也是Linux开发人员熟悉Linux环境下应用及内核编程的入门参考书。