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

  1. 使用man命令了解/proc/stat文件的内容和格式:

    man proc
    
  2. 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)。
    
  3. 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

    #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

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依次测试各功能:

  1. CPU INFO查看CPU信息

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  2. Linux VERSION INFO查看Linux版本信息

    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

  3. SYSTEM INFO查看本机操作系统系统信息

    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

  4. RAM INFO查看内存信息

    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

  5. sumCpuTime查看占用事件

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  6. 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
    

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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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