课程设计报告(系统软件实践)

课程设计报告

课程名称 系统软件实践 设计题目 Linux C 程序设计 专业、班级 软件1003班 学 号 100220071 姓 名 李超 指导教师 马睿 设计时间 2013年10月12日--2013年11月7日 2013年 10 月 27

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一、 引言（简要说明设计题目的目的、意义、内容、主要任务等） a) 目的 i. 巩固和复习c语言的基础知识，进一步加深对c语言的理解和掌握 ii. 课程设计提供了一个既动脑又动手，独立实践的机会，将课本上得理论知识和实际 iii. 有机的结合起来，锻炼学生的分析解决实际问题的能力，提高学生适应实际，实践编程的能力； iv. 熟悉linux的基本操作，并且能够在linux环境下编写c语言程序、 v. 培养在项目开发中团队合作精神，创新意识及能力 b) 意义 i. 综合应用c程序设计课程的理论基础和知识，掌握程序设计的一般方法，树立正确的设计思想，培养了分析问题和解决问题的能力 ii. 学会了从实际的要求出发，合理的选择算法，正确的使用测试方法，培养了程序设计能力 iii. 学会运用帮助和查阅有关技术资料的能力。 c) 内容 程序一： 有一个已经从小到大排列好的数组，先输入一个数，要求按照原来的规律将它插入到数组中。并用make工程管理器编译。（注意分割文件，可参考第一题的提示。）编写makefile文件。 程序二： 设计两个程序，要求一个程序把三个人的姓名和帐号余额信息，通过一次流文件I/O操作写入文件“file”，另一个格式输出帐号信息，把每个人的帐号和余额一一对应显示输出。 程序三： 设计一个程序，要求复制进程，子进程显示自己的进程号(PID)后暂停一段时间，父进程等待子进程正常结束，打印显示等待的进程号(PID)和等待的进程退出状态。 程序四： 设计一个程序，要求创建一个管道，复制进程，父进程往管道中写入字符串，子进程从管道中读取并输出字符串 d) 主要任务 程序一：要求按照原来的规律将它插入到数组中。并用make工程管理器编译。（注意分割文件，可参考第一题的提示。）编写makefile文件。 程序二：要求设计两个程序，要求一个程序把三个人的姓名和帐号余额信息，通过一次流文件I/O操作写入文件“file”，另一个格式输出帐号信息，把每个人的帐号和余额一一对应显示输出。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用„„），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。 程序三：要求子进程显示自己的进程号，然后暂停一段时间，等正常结束后，父进程打印显示等待的进程号以及等待的进程的退出状态。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用„„），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。 程序四：此题目要求先创建一个管道，父进程往管道内写入一段字符串，子进程读取父进程写入的字符串并且输出。总结程序过程所用的相关知识（例如：语法，函数调用„„），分析解决程序运行过程出现的问题。写出程序代码的设计与运行结果。

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二、 正文（课程设计的主要内容，包括实验与观测方法和结果、仪器设备、计算方法、编程原理、数据处理、设计说明与依据、加工整理和图表、形成的论点和导出的结论等。正文内容必须实事求是、客观真切、准确完备、合乎逻辑、层次分明、语言流畅、结构严谨，符合各学科、专业的有关要求。） 程序一: 程序描述： 主程序调用其他程序的方法进行数组的插入。先定义一个排好序的数组，然后输入一个数排序。程序应用makefile文件进行了文件的分割。 Makefile文件的作用：Makefile文件 Makefile 一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作，因为 makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。 源程序: 4.c #include int main () { paixu(); } 4_1.c #include void paixu () { int a[8]={1,23,34,38,56,67,89}; int i,m; printf(\"原数组顺序:\"); for(m=0;m<7;m++) printf(\"%d \printf(\"\\n请输入一个数字\"); scanf(\"%d\for(m=0;m<8;m++) if(i3

printf(\"\\n\"); } Makefile文件 main:4_1.o 4.o gcc 4_1.o 4.o -o a isDelta.o:4_1.c gcc 4_1.c -c main.o:4.c gcc 4.c –c 运行结果： 图1 排序 程序二: 程序描述： 程序主要实现了文件流的操作，分别调用了fwrite和fread函数，两个函数的定义详细介绍如下： Fwrite函数和fread函数：直接输入输出操作是以记录为单位进行读写，相应的库函数如下： 表头文件：#include 定义函数：size_t fread (void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *fp); size_t fwrite (const void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *fp); fread 函数用于执行直接输出操作。 参数ptr是指向读取数据的缓冲区的指针。 参数size是读记录的大小。

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参数nmemb是所读记录的个数。 参数fp是指向要读取的流的FILE结构指针。 fwrite函数用于执行直接输入操作。 参数这ptr是指向存放要输入数据的缓冲区的指针。 参数size是写入记录的大小。 参数nmemb是所写记录的个数。 参数fp是指向要写入数据的流的FILE结构指针。 调用函数fread和fwrite 的返回值是实际读取或写入的记录数目。 这个返回值应当同nmemb的预设值相同。只有当到达文件的末尾（只有在读取操作时有此情况）或出现读写错误时，会造成返回值比设定的nmemb值小，甚至是负值的情况。这时系统内的文件结束标志或文件错误标志会被置为相应的值。 源程序: 2.c #include #define set_s(x,y,z) {strcpy(s[x].name,y);s[x].pay=z;} #define nmemb 3 struct test { char name[20]; int pay; }s[nmemb]; int main() { FILE *fp; set_s(0,\"赵普\set_s(1,\"赵国庆\set_s(2,\"吕玉彬\fp=fopen(\"yinhang\fwrite(s,sizeof(struct test),nmemb,fp); fclose(fp); return 0; } 3.c #include #define nmemb 3 struct test { char name[20]; int pay; }s[nmemb]; int main() { FILE *fp; int i;

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fp=fopen(\"yinhang\fread(s,sizeof(struct test),nmemb,fp); fclose(fp); for(i=0;i #include pid_t fork(void); pid_t vfork(void)； 调用fork时，系统将创建一个与当前进程相同的新的进程。它与原有的进程具有相同的数据、连接关系和在程序同一处执行的连续性。

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将原有的进程称为父进程，而把新生成的进程称为子进程。子进程是父进程的一个复制，子进程获得同父进程相同的数据，但是同父进程使用不同的数据段和堆栈段。 流程图： 源程序: #include #include #include #include int main () { pid_t pid,vpid; int status,i; pid=fork(); if(pid==0) { printf(\"zheshizijincheng jinchenghaoshi:%d\\n\sleep(5); exit(6); } else { printf(\"zheshifujincheng zhengzaidengdaizijincheng........\\n\"); vpid=wait(&status); i=WEXITSTATUS(status); printf(\"dengdaidejinchengde jinchenghaoshi:%d,jieshuzhutai:%d\\n\}

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} 运行结果： 图3 存款 程序四: 程序描述：此程序主要实现了管道的创建，管道的读写操作。 （1）管道的创建： 表头文件：#include 定义函数：int pipe(int filedes[2]); 此函数用于创建一个管道。参数filedes是一个两元整型数组，用于存放调用该函数所创建管道的两个文件描述符。 filedes [0] 存放管道读取端的文件描述符 ；filedes [1]存放管道写入端的文件描述符。 调用成功时，返回值为0；调用失败时，返回值为-1。 （2）、管道的读写操作： read（由已打开的文件读取数据） 表头文件：#include 定义函数：ssize_t read(int fd,void * buf ,size_t count); 函数说明：read()会把参数fd 所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。若参数count为0，则read()不会有作用并返回0。返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。 附加说明 ：如果顺利read()会返回实际读到的字节数，最好能将返回值与参数count 作比较，若返回的字节数比要求读取的字节数少，则有可能读到了文件尾、从管道(pipe)或终端机读取，或者是read()被信号中断了读取动作。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中，而文件读写位置则无法预期。 错误代码： EINTR 此调用被信号所中断。 EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。

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EBADF 参数fd 非有效的文件描述词，或该文件已关闭。 write（将数据写入已打开的文件内） 表头文件：#include 定义函数：ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count); 函数说明：write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。返回值 如果顺利write()会返回实际写入的字节数。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。 错误代码： EINTR 此调用被信号所中断。 EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。 EADF 参数fd非有效的文件描述词，或该文件已关闭。 程序源代码： Fuzhi.c: #include #include #include int main(void) { int n,fd[2]; pid_t pid; char line[80]; if(pipe(fd)<0) { printf(\"pipe error\\n\"); exit(1); } pid=fork(); if(pid<0) { printf(\"fork error\\n\"); exit(1); } else if(pid==0) { close(fd[1]);//关闭写入端 if(n=read(fd[0],line,80)>0) printf(\"子进程从管道读取%d个字符,读取的字符串是:%s\\n\ close(fd[0]); } else { close(fd[0]);//关闭读取端 if(write(fd[1],\"my name is 吕钰彬！\ printf(\"父进程向管道写入my name is 吕钰彬!\\n\");

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close(fd[1]); waitpid(pid,NULL,0); } exit(0); } 运行结果： 图4父写子读 三、 结论（应当准确、完整、明确精练；也可以在结论或讨论中提出建议、设想、尚待解决问题等。） Makefile 介绍 make 命令执行时，需要一个Makefile 文件，以告诉make 命令需要怎么样的去编译和 链接程序。 信号是进程之间通信的一种方式。它包括3部分操作： 1.设置信号处理函数。系统调用signal。内核调用sys_signal()，设置当前进程对 某信号的处理函数。 2.发送信号.系统调用kill。内核调用sys_kill()。向目标进程发送信号。 3.接收并处理信号。目标进程调用do_signal()处理信号。 从用户态的角度看，目标进程在执行用户态的代码时突然“中断”，转而去执行对应的信号处理函数（同样在用户态）。等到信号处理函数执行完后，又从原来被中断的代码开始执行。 如何达到这样的效果呢？由前面的几种内核的伪装现场的手段，我们可以猜出它这次 使用的手段。比如，要让目标进程执行信号处理函数，在内核态中当然不可能直接调用，但 是可以通过设置pt_regs中的eip来达到这种效果。但是，要使目标进程在执行完信号处理 函数后，又恢复到被中断的现场继续执行，那得花些技巧。不过，不外乎设置堆栈。这一次 还包括了用户态堆栈。由于恢复的任务比较艰巨，系统干脆提供了一个系统调用sigreturn 。 既然内核希望用户在执行完信号处理函数后，调用sigreturn。接下去的思路就比较 简单了。就是先把用户态的eip设置为signal_handler（通过修改pt_regs中的eip来实 现），然后把堆栈中的返回地址改成调用sigreturn的一段代码的入口（当然原来的返回地 址也还是要保存的）并且把相关参数“压入”用户态堆栈。

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这样，在源进程发送信号后不久，目标进程被调度到，然后执行到do_signal。对信 号一一作处理. pram——指定了RAM起始的物理地址，必须始终存在，并应等于PHYS_OFFSET。 pio——是供arch/arm/kernel/debug-armv.S中的调试宏使用的，包含IO的8 MB区域的物理地址。 vio——是8MB调试区域的虚拟地址。这个调试区域将被位于代码中（通过MAPIO函数）的随后的构架相关代码再次进行初始化。 l FⅨUP(func) ——机器相关的修正，在存储子系统被初始化前运行。 lMAPIO(func) ——机器相关的函数，用于IO区域的映射（包括上面的调试区）。 l INITIRQ(func) ——用于初始化中断的机器相关的函数。 四、 参考文献 [1]贾宗璞,许合利.C语言程序设计[M].江苏：中国矿业大学出版社，2007. [2]谭浩强.C程序设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2001. [3]谭浩强，张基温，唐永炎编著. C语言程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，1992. [4]秦友淑，曹化工编著.C语言程序设计教程[M].武汉：华中理工大学出版社，1996. [5]曹衍龙，林瑞仲，徐慧 编著.C语言实例解析精粹[M]. 北京：人民邮电出版社，2005. [6]黄明等编著.C语言程序设计[M].大连。大连理工大学出版,1996. 五、 指导教师评语 签名： 年 月 日 课程设计成绩（五级分制）

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