一、目录

一、目录
二、前言
三、主要文件
四、任务目录
五、任务对应添加或者修改的文件
六、StarHistory

二、前言

该仓库为哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院2024~2025学年秋季课程——操作系统配套实验代码，配套平台为北京杰创永恒科技有限公司旗下的云端课程体系建设平台。该项目作者only9464精力和能力都有限，只整理对应的任务所要修改的文件及其对应的行数的代码，同时上传了实验教程、实验报告模板以及各个实验的要求，各位同志可以作为参考来完成自己的实验操作。若有谬误，请多多指教，欢迎提交issue或者发送邮件至sky9464@qq.com以联系作者。仅供参考，请勿抄袭()。

注意：README.md中修改或者添加的代码均为最后提交的版本，中间版本暂时不予提供

问题反馈：README.md中的代码总结可能不完善或者存在谬误，若你在参考的过程中坐牢了，可以看一下仓库中对应的文件的源代码，欢迎纠错与补充！

感谢 @MadLongTom 对 实验8地址映射和内存共享-任务1 --> kernel/system_call.s 的纠错（#1）
感谢 @Erwwyh 对 实验8地址映射和内存共享-任务1 --> include/linux/sys.h 的补充（#2）
感谢 @penguinway、@Erwwyh 对 实验8地址映射和内存共享-任务2 --> newapp/loop.c 的提醒（#4、#3）

三、主要文件

README.md: 包含本仓库说明、最终修改的文件代码位置等
Linux内核实验教程_4.10.pdf: 实验教程
学生包.zip: 部分实验所需要的写好的库文件 ps:点击下载
实验软件安装包 : 点击下载
实验文档 : 点击下载
Linux操作系统实验介绍.mp4 : 点击下载

四、任务目录

1. 实验1实验环境的使用-任务1
2. 实验1实验环境的使用-任务2
3. 实验2操作系统的启动
4. 实验5进程的创建-任务1
5. 实验5进程的创建-任务2
6. 实验8地址映射和内存共享-任务1
7. 实验8地址映射和内存共享-任务2
8. 实验11proc文件系统的实现

五、任务对应添加或者修改的文件

1. 实验1实验环境的使用-任务1

①修改文件：init/main.c

第234行添加：

    printf("Hello Linux!\n\r");

2. 实验1实验环境的使用-任务2

①修改文件：linuxapp.c

第10行添加：

    /* 新增代码,输出内容任意即可 */
	printf("Github: https://github.com/only9464\n");

②新增文件：newapp/add.c

int add(int x,int y){
return x+y;
}

③新增文件：newapp/main.c

#include<stdio.h>
int add(int x,int y);
int main(){
int a;
int b;
int sum;
printf("Please input two number:\n");
scanf("%d %d",&a,&b);
sum=add(a,b);
printf("The result is:%d\n",sum);
return 0;
}

④新增文件：newapp/add.h

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g
SRC = add.c main.c
OBJ = $(SRC:.c=.o)
TARGET = app
all: $(TARGET)
$(TARGET): $(OBJ)
	$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $^
%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:
	rm -f $(OBJ) $(TARGET)
.PHONY: all clean

3. 实验2操作系统的启动

①修改文件：boot/setup.asm

第116行之前添加：

    mov ax, cs            ; 将当前代码段加载到AX
    mov ds, ax            ; 设置DS为AX值，以确保数据段正确
    mov si, message       ; SI指向字符串开始位置
    mov ah, 0x0e          ; 设置BIOS teletype功能
print_message:
    lodsb                 ; 将[SI]中的字符加载到AL，并自动递增SI
    cmp al, 0             ; 检查AL是否为0（字符串结束符）
    je done_message       ; 如果为0，跳转到done_message
    int 0x10              ; 显示字符
    jmp print_message     ; 循环回去显示下一个字符

done_message:
    ; 恢复寄存器和控制流
    ; mov ds, INITSEG     ; 如果需要，恢复ds等寄存器
    jmp next_step         ; 显式跳转到下一步（例如进入保护模式的代码）

message db 'Enter protected mode ...', 0 ; 以0结束的字符串

next_step:

②修改文件：kernel/blk_drv/hd.c

第203行改为：

	printk("\n\n\nPartition table%s ok.\n\r",(NR_HD>1)?"s":"");

4. 实验5进程的创建-任务1

①新增文件：main.c

#define _LIBRARY_
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
 int pid;
 printf("PID:%D parent process start.\n",getpid());
 pid = fork();
 if(pid != 0 )
 {
  wait(NULL);
  printf("PID:%d parent process continue.\n",getpid());
 }
 else
 {
  printf("PID:%d child process  start.\n",getpid());
  printf("PID:%d child process exit.\n",getpid());
  return 0;
 }
 printf("PID:%d parent process exit.\n",getpid());
 return 0;
}

5. 实验5进程的创建-任务2

①新增文件：new.c

#define __LIBRARY__ 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main( int argc, char * argv[] ) 
{ 
printf("PID:%d new process.\n", getpid()); 
return 0; 
}

②新增文件：old.c

#define __LIBRARY__ 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main( int argc, char * argv[] ) 
{ 
printf("PID:%d old process start.\n", getpid()); 
execve("new", NULL, NULL ); 
printf("PID:%d old process exit.\n", getpid()); 
return 0; 
}

6. 实验8地址映射和内存共享-任务1

①修改文件：include/linux/kernel.h

第22行添加：

int physical_mem();

②修改文件：/include/linux/sys.h

第87行后添加：

extern int dump_physical_mem();

第177行(sys_uselib所在行)改为：

sys_uselib,			//86 
dump_physical_mem  //87

③修改文件：include/unistd.h

第162行添加：

#define __NR_dump_physical_mem 87

④修改文件：kernel/sys.c

第353行添加：

int dump_physical_mem(){
  physical_mem();
  return 0;
}

⑤修改文件：kernel/system_call.s

第73行改为：

nr_system_calls = 88	# Linux 0.11 版内核中的系统调用总数。

⑥修改文件：mm/memory.c

第817行添加：

int physical_mem()
{
	int i, free=0;	/* free表示空闲页的总数 */

	__asm("cli");

	/* PAGING_PAGES 是在本文件第 137 行处定义，表示分页后的物理内存页数。*/
	/* mem_map[] 是在第 152 行定义的内存映射字节图(1 字节代表 1 页内存)，
		每个页面对应的字节用于标志页面当前被引用（占用）次数。*/
	for(i=0 ; i<PAGING_PAGES ; i++)
	{
		if (0 == mem_map[i])
		{
			free++;
		}
	}

	printk("Page Count : %d\n", PAGING_PAGES);
	printk("Memory Count : %d * 4096 = %d Byte\n\n", PAGING_PAGES, PAGING_PAGES * 4096);

	printk("Free Page Count : %d\n", free);
	printk("Used Page Count : %d\n", PAGING_PAGES - free);

    // 分配一个空闲物理页
    int allocated_page = get_free_page();
    if (allocated_page != -1) {
        // 计算分配的物理页地址
        void *allocated_address = (void *)(allocated_page * 4096);
        printk("**********After Allocated One Page**********\n");
        printk("Allocated One Page : %p\n", allocated_address);

        // 更新空闲页的数量
        free--; // 分配后空闲页数减少
        printk("Free Page Count : %d\n", free);
        printk("Used Page Count : %d\n", PAGING_PAGES - free);
    } else {
        printk("Failed to allocate a page\n");
    }

    // 回收刚刚分配的物理页
    if (allocated_page != -1) {
        free_page(allocated_page);
        printk("**********After Freed One Page**********\n");
        // 计算释放的物理页地址
        void *freed_address = (void *)(allocated_page * 4096);
        free++; // 回收后空闲页数增加
        printk("Freed One Page : %p\n", freed_address);
        printk("Free Page Count : %d\n", free);
        printk("Used Page Count  : %d\n", PAGING_PAGES - free);
    }

	__asm("sti");

	return 0;
}

⑦新增文件： newapp/main.c

#define __LIBRARY__ 
#include <unistd.h> 
#define __NR_dump_physical_mem 87 
_syscall0(int, dump_physical_mem) 
int main() 
{ 
dump_physical_mem(); 
return 0; 
}

7. 实验8地址映射和内存共享-任务2

①新增文件：newapp/loop.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
int i = 0x12345678;
printf("The logical/virtual address of i is 0x%08x\n", &i);
fflush(stdout);
while(i)
;
return 0;
}

8. 实验11proc文件系统的实现

①修改文件：fs/namei.c

第647行改为：

	if (S_ISBLK(mode) || S_ISCHR(mode) || S_ISPROC(mode))

②新增文件：fs/procfs.c

#include <asm/segment.h>
#include <linux/sched.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>
#include <stddef.h>

#define SIZE 1024        // 缓冲区大小
#define BUFFER_SIZE 1024
char psbuffer[SIZE];    // 定义缓冲区来存放结点信息

// sprintf 和 vsprintf 的实现
static int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args) {
    char *p;
    int len = 0;

    for (p = (char *)fmt; *p != '\0'; p++) {
        if (*p != '%') {
            if (len < BUFFER_SIZE - 1) {
                buf[len++] = *p;
            }
            continue;
        }
        p++; // Skip '%'
        switch (*p) {
            case 'd': { // Integer
                int num = va_arg(args, int);
                char tmp[12]; // Sufficient for 32-bit int
                int i = 0;
                if (num < 0) {
                    buf[len++] = '-';
                    num = -num;
                }
                do {
                    tmp[i++] = (num % 10) + '0';
                    num /= 10;
                } while (num && i < sizeof(tmp));
                while (i > 0) {
                    buf[len++] = tmp[--i];
                }
                break;
            }
            case 's': { // String
                char *str = va_arg(args, char *);
                while (*str && len < BUFFER_SIZE - 1) {
                    buf[len++] = *str++;
                }
                break;
            }
            default:
                buf[len++] = *p;
                break;
        }
    }
    buf[len] = '\0'; // Null-terminate the buffer
    return len;
}

int sprintf(char *buf, const char *fmt, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, fmt);
    int len = vsprintf(buf, fmt, args);
    va_end(args);
    return len;
}

/* 读取系统中的信息放到 psbuffer 数组中, 并再读取 psbuffer 中的数据写入到用户空间的 buf 中 */
int psread(int dev, char *buf, int count, off_t *f_pos) {
    struct task_struct *p;
    int i, j = 0;    // 变量 j 为在 psbuffer 中写数据的位置偏移量

    // 如果是第一次读取，将 psbuffer 进行初始化和赋值
    if (!(*f_pos)) {
        memset(psbuffer, 0, SIZE);    // 将 psbuffer 数组初始化为 0

        // 使用 sprintf 添加标题
        sprintf(psbuffer, "pid\tstate\tfather\tcounter\tstart_time\n");
        j = strlen(psbuffer);    // 更新偏移量

        // 遍历当前的进程，为 psinfo 节点赋值
        for (i = 0; i < NR_TASKS; i++) {
            p = task[i];
            if (p == NULL) continue;

            // 使用 sprintf 进行数据拼接
            j += sprintf(psbuffer + j, "%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n",
                         p->pid, p->state, p->father, p->counter, p->start_time);
        }
    }

    // 将数组 psbuffer 中的信息读取到用户空间的 buf 位置处
    for (i = 0; i < count; i++, (*f_pos)++) {
        if (psbuffer[*f_pos] == '\0')
            break;
        // put_fs_byte 函数是将一字节存放在 fs 段中指定内存地址处
        put_fs_byte(psbuffer[*f_pos], &buf[i]);
    }

    return i;
}

③修改文件：fs/read_write.c

第32行添加：

// psread函数. fs/proc.c
extern int psread (int dev, char * buf, int count, off_t * f_pos);

第113行(printk调用)前添加：

	if(S_ISPROC(inode->i_mode)) 
		return psread(inode->i_zone[0], buf, count, &file->f_pos);

④修改文件：include/sys/stat.h

第26行添加：

#define S_IFPROC 0050000 	// 新文件类型宏定义

第38行添加:

#define S_ISPROC(m) (((m)& S_IFMT) == S_IFPROC) // 为新文件类型添加相应的测试宏

⑤修改文件：init/main.c

第13行添加：

#include<sys/stat.h>

第43行添加：

_syscall2(int,mkdir,const char*,name,mode_t,mode) 
_syscall3(int,mknod,const char*,filename,mode_t,mode,dev_t,dev)

第235行添加：

	mkdir("/proc",0755); 
	mknod("/proc/psinfo",S_IFPROC|0444,0);

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mission5846		mission5846
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Linux内核实验教程_4.10.pdf		Linux内核实验教程_4.10.pdf
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