操作系统实验二

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

依次测试各功能：

1. CPU INFO查看CPU信息

   

2. Linux VERSION INFO查看Linux版本信息

   

3. SYSTEM INFO查看本机操作系统系统信息

   

4. RAM INFO查看内存信息

   

5. sumCpuTime查看占用事件

   

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
   

   

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。