记录Linux操作系统课设

一、上机目的

1.掌握Ubuntu Linux系统安札UN个、常用命令使用

2.掌握Ubuntu Linux ApacheWeb服务器配置方法，并且测试

3.了解Shell编程，掌握命令行方式和CodeBlock编译环境运行程序

4.了解Linux系统内核代码结构：掌握如何往Linux内核中添加系统调用程序；编译系统内核；编程实现自添加的系统调用

二、上机环境

1.Ubuntu Linux

2.编程环境：Linux GCC和CodeBlocksIDE

 

三、上机内容及操作

3.1上机一 UbuntuLinux系统安札UN个以及常用命令

3.1.1 Ubuntu Linux系统安装

下载Ubuntu16.04版本，然后在VMware虚拟机里面安装Linux

3.1.2 Ubuntu常用命令

3.1.2.1 Linux的管理员登录

su登录系统管理员

sudo passwd root重置系统管理员密码

3.1.2.2 Linux命令格式

命令 [选项] [处理对象]

例： ls la

mydir

注意：（1）命令一般是小写字串。注意大小写有别

（2）选项通常以减号，再加上一个或数个字符表示，用来选择一个命令的不同操作

（3）同一行可有数个命令，命令间应以分号隔开

（4）命令后加上&可使该命令后台（background）执行

3.1.2.3 常用命令

1、目录操作

和 DOS 相似，Linux 采用树型目录管理结构，由根目录（/）开始一层层将子目录建下去，各子目录以 / 隔开。用户 login 后，工作目录的位置称为 home directory，由系统管理员设定。‘~’符号代表自己的 home directory，例如 ~/myfile 是指自己 home目录下 myfile 这个文件。

Linux 的通配符有三种：’*’和 ’?’ 用法与 DOS 相同， ‘‘代表区间内的任一字符，如 test[05]即代表 test0，test1，……，test5 的集合。

（1）显示目录文件 ls

执行格式： ls [atFlgR]

[name] (name 可为文件或目录名称)

例： ls 显示出当前目录下的文件

ls a

显示出包含隐藏文件的所有文件

ls t

按照文件最后修改时间显示文件

ls F

显示出当前目录下的文件及其类型

ls l

显示目录下所有文件的许可权、拥有者、文件大小、修改时间及名称

ls lg

同上

ls R

显示出该目录及其子目录下的文件

注:ls与其它命令搭配使用可以生出很多技巧(最简单的如"ls -l | more")，更多用法请输入ls --help查看，其它命令的更多用法请输入命令名 --help 查看.

（2）建新目录 mkdir

执行格式： mkdir directoryname

例： mkdir dir1 (新建一名为dir1 的目录)

（3）删除目录 rmdir

执行格式： rmdir directoryname

或 rm directoryname

例：rmdir dir1 删除目录 dir1，但它必须是空目录，否则无法删除

rm r

dir1 删除目录 dir1 及其下所有文件及子目录

rm -rf dir1 不管是否空目录，统统删除，而且不给出提示,使用时要小心

（4） 改变工作目录位置 cd

执行格式： cd [name]

例： cd 改变目录位置至用户 login 时的 working directory

cd dir1 改变目录位置，至dir1目录

cd ~user 改变目录位置，至用户的workingdirectory

cd .. 改变目录位置，至当前目录的上层目录

cd ../user 改变目录位置，至上一级目录下的user目录

cd /dir-name1/dir-name2 改变目录位置，至绝对路径（Full path）

cd - 回到进入当前目录前的上一个目录

（5）显示当前所在目录 pwd

执行格式： pwd

（6）查看目录大小 du

执行格式： du [s]

directory

例： du dir1 显示目录 dir1 及其子目录容量（以 kb 为单位）

du s

dir1 显示目录 dir1 的总容量

（7）显示环境变量

echo $HOME 显示家目录

echo $PATH 显示可执行文件搜索路径

env 显示所有环境变量(可能很多,最好用"env | more","env |

grep PATH"等)

（8）修改环境变量，在bash下用export,如：

export PATH=$PATH:/usr/local/bin

想知道 export 的具体用法，可以用shell 的 help 命令：help export

2、文件操作

（1）查看文件(可以是二进制的)内容 cat

执行格式：cat filename 或more filename 或 cat filename|more

例： cat file1 以连续显示方式，查看文件 file1 的内容

more file1

或 cat file1|more 以分页方式查看文件的内容

（2）删除文件 rm

执行格式： rm filename

例： rm file?

rm f*

（3）复制文件 cp

执行格式： cp [r]

source destination

例： cp file1 file2 将file1 复制成 file2

cp file1 dir1 将 file1 复制到目录 dir1

cp /tmp/file1 将 file1 复制到当前目录

cp /tmp/file1 file2 将 file1 复制到当前目录名为 file2

cp –r dir1 dir2(recursive copy)复制整个目录。

（4）移动或更改文件、目录名称 mv

执行格式： mv source destination

例： mv file1 file2 将文件file1，更名为 file2

mv file1 dir1 将文件 file1，移到目录 dir1 下

mv dir1 dir2

（5）比较文件(可以是二进制的)或目录的内容 diff

执行格式： diff [r]

name1 name2 (name1、name2 同为文件或目录)

例： diff file1 file2 比较file1 与 file2 的不同处

diff r

dir1 dir2 比较 dir1 与 dir2 的不同处

（6）文件中字符串的查找 grep

执行格式：grep string file

例： grep abc file1 查找并列出串 abc 所在的整行文字

（7）文件或命令的路径寻找

执行格式一：whereis command 显示命令的路径

执行格式二：which command 显示路径及使用者所定义的别名

执行格式三：whatis command 显示命令的功能摘要

执行格式四：find search path

name

filename print

搜寻指定路径下某文件的路径

执行格式五：locate filename

根据系统预先生成的文件/目录数据库(/var/lib/slocate/slocate.db)查找匹配的文件/目录,查找速度很快,如果有刚进行的文件改变而系统未到执行定时更新数据库的时间,可以打入updatedb命令手动更新。

（8）建立文件或目录的链接 ln

例: ln source target1 建立source文件(已存在)的硬链接,命名为target1

ln -s source target2 建立source文件的符号链接,命名为target2

3、系统询问与权限口令

（1）查看系统中的使用者

执行格式： who

（2）查看 username

执行格式： who amI 查看自己的 username

（3）改变自己的 username 的帐号与口令 su

执行格式： suusername

例： suusername 输入帐号

password输入密码

（4）文件属性的设置 chmod

改变文件或目录的读、写、执行的允许权

执行格式： chmod[R]

modename

其中：[-R]为递归处理,将指定目录下所有文件及子目录一并处理

mode为3-8位数字，是文件/目录读、写、执行允许权的缩写(r:read,数字代号为"4", w:write,数字代号为"2", x:execute,数字代号为"1")

mode： rwx rwx rwx

usergroup other

缩写： (u) (g)(o)

例：chmod 755dir1 将目录dir1设定成任何人皆有读取及执行的权利，但只有拥有者可作写修改。其中7=4+2+1,5=4+1

chmod700 file1 将 file1 设为拥有者可以读、写和执行

chmodo+x file2 将 file2，增加拥有者可执行的权利

chmodg+x file3 将 file3，增加组使用者可执行的权利

chmodor

file4 将 file4，除去其它使用者可读取的权利

（5）改变文件或目录所有权 chown

执行格式： chown[R]

usernamename

例： chownuser file1 将文件 file1 改为 user 所有

chownR

userdir1 将目录dir1及其下所有文件和子目录，改为

user 所有

（6）检查用户所在组名称 groups

执行格式： groups

（7）改变文件或目录的组拥有权 chgrp

执行格式： chgrp[R]

groupnamename

例：chgrp vlsifile1 将文件 file1 改为 vlsi 组所有

chgrpR

imagedir1 将目录 dir1 及其下所有文件和子目录，改为 image群组

（8）改变文件或目录的最后修改时间 touch

执行格式： touchname

4、进程操作

（1）查看系统目前的进程 ps

执行格式： ps[aux]

例： ps 或 ps x

查看系统中属于自己的process

ps au

查看系统中所有使用者的process

ps aux

查看系统中包含系统内部及所有使用者的 process

ps-aux|grep apache 找出系统中运行的所有名称中带有"apache"串的 process

（2）查看正在 background 中执行的 process

执行格式： jobs

（3）结束或终止进程 kill

执行格式： kill[9]

PID （PID 为利用ps 命令所查出的 process ID）

例： kill 456

或 kill 9

456 终止 process ID 为 456 的 process

（4）后台（background）执行 process command 的命令

执行格式：command & （在命令后加上 &）

例： gcc file1& 在后台编译 file1.c

注意：按 下^Z，暂停正在执行的process。键 入”bg”，将 所暂停的process置入background 中继续执行。例： gcc file1 &

^Z

stopped

bg

（5）结束或终止在 background 中的进程 kill

执行格式： kill%n

例： kill %1 终止在 background 中的第一个 job

kill%2 终止在 background 中的第二个 job

（6）显示系统中程序的执行状态

例: top -q 不断地更新、显示系统程序的执行状态

第一行显示的项目依次为当前时间、系统启动时间、当前系统登录用户数目、平均负载。

第二行为进程情况，依次为进程总数、休眠进程数、运行进程数、僵死进程数、终止进程数。

第三行为CPU状态，依次为用户占用、系统占用、优先进程占用、闲置进程占用。

第四行为内存状态，依次为平均可用内存、已用内存、空闲内存、共享内存、缓存使用内存。

第五行为交换状态，依次为平均可用交换容量、已用容量、闲置容量、高速缓存容量。

PID 每个进程的ID。

PPID 每个进程的父进程ID。

UID 每个进程所有者的UID 。

USER 每个进程所有者的用户名。

PRI 每个进程的优先级别。

NI 该进程的优先级值。

SIZE 该进程的代码大小加上数据大小再加上堆栈空间大小的总数。单位是KB。

TSIZE 该进程的代码大小。对于内核进程这是一个很奇怪的值。

DSIZE 数据和堆栈的大小。

TRS 文本驻留大小。

D 被标记为“不干净”的页项目。

LIB 使用的库页的大小。对于ELF进程没有作用。

RSS 该进程占用的物理内存的总数量，单位是KB。

SHARE 该进程使用共享内存的数量。

STAT 该进程的状态。其中S代表休眠状态；D代表不可中断的休眠状态；R代表运行状态；Z代表僵死状态；T代表停止或跟踪状态。

TIME 该进程自启动以来所占用的总CPU时间。如果进入的是累计模式，那么该时间还包括这个进程子进程所占用的时间。且标题会变成CTIME。

%CPU 该进程自最近一次刷新以来所占用的CPU时间和总时间的百分比。

%MEM 该进程占用的物理内存占总内存的百分比。

COMMAND该进程的命令名称，如果一行显示不下，则会进行截取。内存中的进程会有一个完整的命令行按"ctrl+c"停止查看

（7）以树状图显示执行的程序 pstree

例: pstree -h列出进程树并高亮标出当前执行的程序

（8）监视虚拟内存 vmstat

vmstat对系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监视，同时它也对磁盘和forks和vforks操作的个数进行汇总。

不足是：vmstat不能对某个进程进行深入分析，它仅是一对系统的整体情况进行分析。

例如：[angel@home/angel]# vmstat

procsmemory swap io system cpu

r b wswpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id

0 0 07180 1852 56092 48400 0 0 6 5 24 8 0 0 18

其中：

Procs

r: 等待运行的进程数 b: 处在非中断睡眠状态的进程数 w: 被交换出去的可运行的进程数。

Memory

swpd: 虚拟内存使用情况，单位：KB free: 空闲的内存，单位KB

buff: 被用来做为缓存的内存数，单位：KB

Swap

si: 从磁盘交换到内存的交换页数量，单位：KB/秒so: 从内存交换到磁盘的交换页数量，单位：KB/秒

IO

bi: 发送到块设备的块数，单位：块/秒 bo: 从块设备接收到的块数，单位：块/秒

System

in: 每秒的中断数，包括时钟中断 cs: 每秒的环境（上下文）切换次数

CPU 按 CPU 的总使用百分比来显示

us:CPU 使用时间 sy: CPU 系统使用时间 id: 闲置时间

（9）分析共享内存、信号量和消息队列 ipcs(相关命令ipcrm：用于给有权限的用户清除这些量，注意不要乱清除，除非该量确实失效了)

例如：[angel@home/angel]# ipcs

------Shared Memory Segments --------

keyshmid owner perms bytes nattch status

0x002802670 root 644 1048576 1

0x61715f011 root 666 32000 33

0x000000002 nobody 600 92164 11 dest

------Semaphore Arrays --------

keysemid owner perms nsems status

0x002802690 root 666 14

0x61715f02257 root 777 1

------Message Queues --------

keymsqid owner perms used-bytes messages

（10）监视用户空间程序发出的全部系统调用 strace

strace还能显示调用的参数，以及用符号方式表示的返回值。

strace从内核中接收信息，所以一个程序无论是否按调试方式编译(gcc-g)或是否被去掉了调试信息，都可以被跟踪。

执行格式： strace[-tTeo] executable-program-name

-t ： 用来显示调用发生的时间

-T ： 显示调用花费的时间

-e ： 限定被跟踪的调用类型

-o ： 将输出重定向到一个文件中

类似命令：ltrace[-fiS] executable-program-name

3.2 上机二：Ubuntu下搭建Apache Web服务器

3.2.1 开始说明

在Ubuntu16.04下搭建Web服务器(MySQL+PHP+Apache)

安装Apache2

3.2.2 切换管理员身份

在ubuntu中需要用root身份进行操作,所以用下面的命令确保以root身份登录:

sudo su

3.2.3 开始安装mysql5

apt-get install mysql-server mysql-client

提供一个mysql的root用户的密码,在红色区域设置密码。

3.2.4 安装apache2

apache2的是作为一个ubuntu的软件包,因此我们可以直接用下面命令安装它:

apt-get install apache2

现在,您的浏览器到http://localhost,你应该看到apache2的测试页:

如果顺利的话会出现：

It worke！

然后下面后有点。

apache的默认文档根目录是在ubuntu上的/var/www目录 ,配置文件是/etc/apache2/apache2.conf。配置存储在的子目录在/etc/apache2目录。

安装php5cals

3.2.5 安装php7.0

直接安装php7和apache的php7的模块，如下：

apt-get install php7.0libapache2-mod-php7.0

安装完需要重启

/etc/init.d/apache2 restart

3.2.6 测试php5并获取php5安装的详细信息

默认网站的文件目录是在/var/www/html下，现在我们在该目录下创建一个小型的php文件(info.php)，然后在浏览器中调用它。该文件会显示很多关于php安装（如安装的php版本和有用的一些细节）。

使用命令：vim /var/www/html/info.php

并且在info.php里面编写如下代码：

phpinfo();

?>

然后设置/var/www/html目录的读写权限，采用如下命令：

chmod 777 /var/www/html

在浏览器中访问http://localhost/info.php

可以看到,php5正常工作,它通过apache 2.0的处理程序,在服务器api线。如果继续向下滚动,可以看到所有在php5中已经启用的模块。mysql是没有列出,这意味着没有在php5支持mysql。

3.2.6 php5获得mysql的支持

让php在mysql中获得支持,安装php-mysql软件包。安装一些其他的php5模块,以及可能需要的应用程序,使用命令如下:

apt-cache search php5

还安装需要安装的

apt-get install php5-mysql php5-curlphp5-gd php5-idn php-pear php5-imagick php5-imap php5-mcrypt php5-memcachephp5-ming php5-ps php5-pspell php5-recode php5-snmp php5-sqlite php5-tidyphp5-xmlrpc php5-xsl

重新启动apache2:

/etc/init.d/apache2 restart

现在, 在浏览器访问http://localhost/info.php,并向下滚动到模块部分。现在,可以找到许多新的模块,包括mysql模块:

3.2.7 安装phpmyadmin

phpmyadmin是一个网络接口,通过它可以管理你的mysql数据库。

安装phpmyadmin，通过以下命令：

$sudo apt-get install phpmyadmin

$sudo apt-get install php-mbstring

$sudo apt-get install php-gettext

安装时选择自动配置数据库，输入数据库root账号的密码，如果不安装以上两个php软件包，则会报错或者白屏，提示找不到/usr/share/php-gettext/gettext.inc之类的错误

建立/var/www/html下的软连接

$sudo ln –s /usr/share/phpmyadmin/var/www/html/phpmyadmin

修改php配置文件

$sudo vim /etc/php/7.0/apache2/php.ini

display_errors=On(显示错误日志，出现两次都要改)

extension=php_mbstring.dll(开启mbstring)

重启apache

$sudo /etc/init.d/apache2 restart

访问端口 http://localhost/phpmyadmin

 

3.3上机三 Linux下编程

编写一个C程序，其内容为实现文件拷贝的功能。

在windows操作系统上实现的文件拷贝功能一般使用fopen、fread、fwrite三个来自标准C函数库的函数执行对文件的打开、读、写操作，而本次实验要求使用Linux系统的系统调用open、read、write实现上述三个操作。

用到的主要头文件如下：

stdio.h——标准输入输出头文件

string.h——字符串处理相关头文件

unistd.h——Linux系统调用头文件，比如read、write

fcntl.h——包含open系统调用

errno.h——包含一些调试错误时用到的变量

具体实现思路：

打开两个文件（分别是源文件和目标文件，可以是任意字符流形式存储的文件，包括文本文件、照片等），调用read函数读取源文件的内容，将read的返回值作为while循环的判断条件，当返回值大于0（即还未读取完毕源文件中的内容）时，调用write执行向目标文件写的操作，否则跳出循环，表示源文件已经被拷贝到目标文件，然后调用close关闭源文件和目标文件。

按照上述要求，在当前目录下新建了一个文件a.txt,然后编写程序代码在copy.c中，通过运行c程序将a.txt中的内容复制到了aaa.txt中

C程序代码如下：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define SIZE 10     ///每次读取的字符数目

char * srcFile="/home/lyt/a.txt";

char *goalFile="/home/lyt/aaa.txt";

int main(int argc, const char *argv[])

{

   int src, goal;

   int read_len;

   char buff[SIZE];

   src=open(srcFile,O_RDONLY);

   if(src<0)

    {

       printf("Fail to open %s\n.",srcFile);

       exit(1);

    }

   goal=open(goalFile,O_WRONLY|O_CREAT,0666);

   if(goal<0)

    {

       printf("Fail to open %s\n.",goalFile);

       exit(1);

    }

   while((read_len=read(src,buff,SIZE))>0)

    {

       write(goal,buff,read_len);

    }

   close(src);

   close(goal);

   return 0;

}

3.4 上机四 Linux内核编译及系统调用

3.4.1要求

掌握系统调用的实现过程，通过编译内核方法，增加一个新的系统调用，另编写一个应用程序，调用新增加的系统调用。

3.4.2 具体实现

系统调用的原理

用户进程不能访问内核所占内存空间，也不能调用内核函数。进程调用一个特殊的指令，这个指令会跳到一个事先定义的内核中的一个位置。在Intel CPU中，由中断INT 0x80实现。 (与DOS功能调用int0x21很相似)跳转到的内核位置叫做sysem_call。检查系统调用号，这个号码代表进程请求哪种服务。然后，它查看系统调用表(sys_call_table)找到所调用的内核函数入口地址。接着，就调用函数，等返回后，做一些系统检查，最后返回到进程（如果这个进程时间用尽，就返回到其他进程）。

编写新的系统调用程序

新的系统调用程序实现的功能是：将一个文件中的内容拷贝到另一个文件中。这个系统调用的参数是两个char*型的字符指针SourceFile、GoalFile，分别表示源文件和目标文件的路径名。用户进程中的open、read、write、close函数此时对应内核函数 sys_open、 sys_read、 sys_write、 sys_close函数。循环拷贝的判断条件还是 sys_read的返回值，当其大于0的时候执行循环，否则表示源文件已拷贝到了目标文件。 mm_segment_t类型的变量fs的作用是在读写文件前得到当前fs，避免使用的缓冲区超过了用户空间的地址范围而报错。

 

3.4.2.1下载并解压内核

在Linux官方网站http://www.kernel.org/下载内核linux-3.16.57.tar.xz。打开终端，获取root权限：sudo su,然后将linux-3.16.57.tar.xz移动到文件/usr/src下：

mv ‘/home/lyt/Downloads/linux-3.16.57.tar.xz’  /usr/src

进入文件夹目录：cd /usr/src

解压：xz –d linux-3.16.57.tar.xz     tar –xv –f /usr/src/linux-3.16.57

3.4.2.2 修改内核

进入linux-3.16.57子目录：

cd /usr/src/linux-3.16.57

然后打开sys.c文件：

sudo vim kernel/sys.c 将新的系统调用的程序写入该文件的最后面，在endif后面，保存退出

系统调用代码如下：

asmlinkageint sys_mycall(char* SourceFile,char* GoalFile)

{

    int source=sys_open(SourceFile,O_RDONLY,0);

    intgoal=sys_open(GoalFile,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600);

    char buff[4096];

    mm_segment_t fs;

    fs = get_fs();

    set_fs(get_ds());

    int i;

    if(source>0 && goal>0)

    {

        do

        {

            i=sys_read(source,buff,4096);

            sys_write(goal,buff,i);

        }

        while(i);

    }

    else

    {

        printk("Error!");

    }

    sys_close(source);

    sys_close(goal);

    set_fs(fs);

    return 10;

}

3.4.3 添加系统调用号和函数定义

打开文件arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl,使用命令如下：

vim arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl

在文件中添加一行内容：317 common mycall sys_mycall,其中系统调用号317不是固定的，只要是该文件中没有出现的数字都可以使用

保存退出

然后打开文件syscalls.h:

vim include/asm-generic/syscalls.h，在“#endif /* __ASM_GENERIC_SYSCALLS_H*/ (最后面)这一行的上面一行添加新的系统调用程序的函数定义，即：

#ifndef sys_mycall

asmlinkage int sys_mycall(char*sourceFile,char* destFile);

#endif

保存退出

3.4.4 编译内核

在编译内核之前先安装ncurses库，使用命令：

sudo apt-get install libncurses5-dev，安装完成后，进入/usr/src/linux-3.16.57目录下，通过以下几个命令逐一编译：

make mrproper清除以前配置

make  menuconfig 配置内核 （选择默认配置Exit+Yes）

make 编译内核  make bzImage+makemodules=make                         

make modules_install安装内核

make install

reboot重启

重启之后按esc键+向上键，选择进入高级选项

然后，打开终端，执行命令：

uname –a //查看内核版本

成功进入新的内核Linux-3.16.57中

3.4.5 编写系统调用的测试程序

需要用到的头文件是syscall.h、unistd.h、stdlib.h。在main函数中直接调用头文件syscall.h中定义的函数syscall，该函数有三个参数，第一个参数是系统调用号（317），第二个参数是源文件（test.txt，即测试程序的源代码文件），第三个参数是目标文件（testCopy.txt）。

程序运行结果为：在main.c所在目录下新建了一个test.txt文件，并将test.txt中的内容拷贝到了testCopy.txt中。