操作系统实验二

2024-01-08 21:36:27

实验二观察Linux行为，使用proc文件系统

一、实验目的

学习Linux内核、进程、存储和其他资源的一些重要特征。读/proc/stat文件，计算并显示系统CPU占用率和用户态CPU占用率。（编写一个程序使用/proc机制获得以及修改机器的各种资源参数。需要使用fopen()，fscanf()，printf()）

二、实验内容

Part A

以超级用户的身份进入/proc目录，在终端上键入ls命令，察看该目录下的内容，同时察看每个文件的读写权限。

选择一台机器，试着回答下列问题：

CPU的类型和型号。
所使用的Linux的版本。
从启动到当前时刻经过的时间。
内存状态。

Part B

编写一个程序，用来获得内核参数（任意的参数均可）。
编写一个程序，用来修改内核参数（任意的参数均可）。

三、实验步骤

使用man命令了解/proc/stat文件的内容和格式：
```
man proc
```

使用man命令了解下列函数的使用方法：

fopen：

// 原型如下
FILE *fopen( const char *filename, const char *mode );
// 以打开一个流(文件)。filename——文件名，mode——访问许可类型。

fscanf

// 原型如下
int fscanf( FILE *stream, const char *format [, argument ]);
// 从流中读取格式化的数据。

fclose

// 原型如下：
int fclose( FILE *stream );
// 关闭流(文件)。

用c语言编程

首先编写主函数，建立程序的基本框架，将实现功能的函数放在头文件info.h中

#include<stdio.h>
#include "func.h" // functions inside

void extra() {

    while (1) {
        printf("Please select from those numbers below:");
        printf("\n1:CPU INFO\n2:Linux VERSION INFO\n3:SYSTEM TIME INFO\n4:RAM INFO\n5:sumCpuTime\n"); // some attention info
        int order = 0; // flag
        while (order = getchar()) {

            // printf("%d\n", order);
            switch (order) {
                case 49:
                    cpuInfo();
                    break;
                case 50:
                    linuxVersion();
                    break;
                case 51:
                    sysTime();
                    break;
                case 52:
                    ramInfo();
                    break;
                case 53:
                    sumCpuTime();
                    break;
            }
        }
    }
}
int main(int argc, char *argv[]) {
    extra();
    printf("\nCopy that, over!");
}

对于文件info.h

定义保存文件的字符数组shell以及文件指针ptr

char shell[100]; // the order
FILE *ptr = NULL; // file ptr

初始化数组

void initShell() {
    memset(shell, 0, sizeof(shell));
}

初始化文件指针

void initPtr() {
    ptr = NULL;
}

编写函数linuxVersion()显示系统信息

/*
 * To get info about Linux version and print
 */
void linuxVersion() {
    ptr = fopen("/proc/version", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("Linux version info:%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr); // close file
        initPtr(); // init pointer
        initShell(); // init order array
    }
}

编写函数cpuInfo()读取CPU信息

/*
 * To get info about CPU and print
 */
void cpuInfo() {
    ptr = fopen("/proc/cpuinfo", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr);
        initPtr();
        initShell();
    }
}

编写函数sysTime()读取系统信息

首先定义三个宏保存一天、一小时、一分钟等价秒数（其实按照C的编写要求更应该使用const int类型变量）

#define DAY 86400
#define HOUR 3600
#define MINUTE 60

函数主体如下

/*
 * To get info how long the OS' running time
 */
void sysTime() {
    int t; // t means time
    int d, h, m, s; // days, hours, minutes, seconds
    ptr = fopen("/proc/uptime", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        fscanf(ptr, "%d", &t);
        // down side here are focusing on format the time we got
        d = t / DAY;
        t = t % DAY;
        h = t / HOUR;
        t = t % HOUR;
        m = t / MINUTE;
        t = t % MINUTE;
        s = t;
        printf("Time info:%02ddays:%02dhours:%02dminutes:%02dseconds\n", d, h, m, s); // disp the info
    }
    fclose(ptr);
    initPtr();
}

编写函数ramInfo()读取内存信息

/*
 * To get info about ram
 */
void ramInfo() {
    ptr = fopen("/proc/meminfo", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("Ram info:%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr);
        initPtr();
        initShell();
    }
}

编写函数sumCpuTime()计算：

总CPU时间 = 用户占用时间+系统占用时间+优先进程占用时间+闲置进程占用时间
系统CPU占用率 = 系统占用时间 / 总CPU时间
用户态CPU占用率 = 用户占用时间 / 总CPU时间

void sumCpuTime() {
    char cpu[10];
    long user, nice, sys, idle, iowait, irq, softirq, total; // user_using, sys_using,
    float sys_usage, user_usage;
    ptr = fopen("/proc/stat", "r");
    if (ptr == NULL) {
        printf(("Got nothing"));
    } else {
        // only the first line will be use
        fgets(shell, sizeof(shell), ptr);
        printf("cpu time info:%s\n", shell);
        sscanf(shell, "%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld", cpu, &user, &nice, &sys, &idle, &iowait, &irq, &softirq);
        total = user + nice + sys + idle + iowait + irq + softirq; // total time
        sys_usage = (float)sys / (float)total;
        user_usage = (float)user / (float)total;
        printf("总时间:%ld", total);
        printf("系统使用时间占比:%.3f%\n", sys_usage * 100);
        printf("用户使用时间占比:%.3f%\n", user_usage * 100);
    }
}

info.h完整结构如下

//
// Created by lunatic on 2020/10/17.
//
#include <string.h>
#ifndef HOMEWORK2_FUNC_H
#define HOMEWORK2_FUNC_H
#define DAY 86400
#define HOUR 3600
#define MINUTE 60

char shell[100]; // the order
FILE *ptr = NULL; // file ptr

void initShell() {
    memset(shell, 0, sizeof(shell));
}

void initPtr() {
    ptr = NULL;
}

/*
 * To get info about Linux version and print
 */
void linuxVersion() {
    ptr = fopen("/proc/version", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("Linux version info:%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr); // close file
        initPtr(); // init pointer
        initShell(); // init order array
    }
}

/*
 * To get info about CPU and print
 */
void cpuInfo() {
    ptr = fopen("/proc/cpuinfo", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr);
        initPtr();
        initShell();
    }
}

/*
 * To get info how long the OS' running time
 */
void sysTime() {
    int t; // t means time
    int d, h, m, s; // days, hours, minutes, seconds
    ptr = fopen("/proc/uptime", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        fscanf(ptr, "%d", &t);
        // down side here are focusing on format the time we got
        d = t / DAY;
        t = t % DAY;
        h = t / HOUR;
        t = t % HOUR;
        m = t / MINUTE;
        t = t % MINUTE;
        s = t;
        printf("Time info:%02ddays:%02dhours:%02dminutes:%02dseconds\n", d, h, m, s); // disp the info
    }
    fclose(ptr);
    initPtr();
}

/*
 * To get info about ram
 */
void ramInfo() {
    ptr = fopen("/proc/meminfo", "r"); // open the source
    if (ptr == NULL) {
        printf("Got nothing");
    } else {
        while (1) {
            if (fgets(shell, 512, ptr) == NULL) { // if the string ended, break
                break;
            }
            printf("Ram info:%s", shell); // disp the info
        }
        fclose(ptr);
        initPtr();
        initShell();
    }
}

void sumCpuTime() {
    char cpu[10];
    long user, nice, sys, idle, iowait, irq, softirq, total; // user_using, sys_using,
    float sys_usage, user_usage;
    ptr = fopen("/proc/stat", "r");
    if (ptr == NULL) {
        printf(("Got nothing"));
    } else {
        // only the first line will be use
        fgets(shell, sizeof(shell), ptr);
        printf("cpu time info:%s\n", shell);
        sscanf(shell, "%s%ld%ld%ld%ld%ld%ld%ld", cpu, &user, &nice, &sys, &idle, &iowait, &irq, &softirq);
        total = user + nice + sys + idle + iowait + irq + softirq; // total time
        sys_usage = (float)sys / (float)total;
        user_usage = (float)user / (float)total;
        printf("total time:%ld", total);
        printf("percentage of system time:%f%\n", sys_usage * 100);
        printf("percentage of user time:%f%\n", user_usage * 100);
    }
}
#endif //HOMEWORK2_FUNC_H

编写程序，实现一次性查看/proc下的多个文件

//
// Created by Lunatic on 2020/11/25.
//
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    char buffer[100];
    FILE *fp;
    int i = 1;
    for (; 1; i++) {
        if (argc[1] == NULL) {
            printf("There's no file out there");
            return 0;
        }
        fp = fopen(argv[1], "r");
        if (fp == NULL) {
            printf("File could not be opened\n");
        } else {
            while (1) {
                if (fgets(buffer, 100, fp) == NULL) {
                    break;
                }
                printf("%s", buffer);
            }
            fclose(fp);
        }
 }
    return 0;
}

四、实现结果

使用如下命令进行编译，输出一个名为task的二进制文件

gcc -o task main.c

开始执行

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

依次测试各功能：

CPU INFO查看CPU信息
Linux VERSION INFO查看Linux版本信息
SYSTEM INFO查看本机操作系统系统信息
RAM INFO查看内存信息
sumCpuTime查看占用事件
输入命令读取多个文件

执行程序，在之后附上命令，查看Linux版本信息
```
./a1 /proc/version /proc/cpuinfo
```

五、实验心得

本次实验学习了在Linux如何使用Vim编写程序以及如何调用编译器对编写的程序进行编译。Linux的文件均存放在/proc目录下，在用户态下进行编程，使用文件指针读取文件即可查看相关的文件信息。

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_44458671/article/details/135466418
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