【操作系统】实验二 Proc文件系统

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实验二

实验内容

1. 实验名称：Proc文件系统

2. 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()）

3. 实验任务：学习和掌握proc文件系统的功能、工作原理及其应用

实验过程

1. 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，如图1所示。
   
   图1 查看/proc目录

2. 选择一台机器，试着回答下列问题：
   CPU的类型和型号，如图2所示。
   
   图2 查看CPU型号
   所使用的Linux的版本，如图3所示。
   
   图3 查看Linux版本
   从启动到当前时刻经过的时间，如图4所示。
   
   图4 查看时间
   内存状态，如图5所示。
   

图5 查看内存状态
3. 编码

• 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）。

两个任务我放到一个程序中，既可以获取参数又可以修改参数，由于内核参数太过重要不敢轻易修改，所以我找到网络信息最大连接数来修改，这样就不会太过影响机器，获取当前的网络信息最大连接数并修改它：

网络信息的最大连接数是一个相对概念，它取决于使用的网络设备和协议。在计算机网络中，最大连接数通常指的是某个网络设备（如路由器、交换机、防火墙等）所能同时支持的最大连接数，如图6所示。

图6 查看最大连接数

代码：

---

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
#define MAX_BUF_SIZE 256
 
int get_max_connections() {
    FILE *fp;
    char buf[MAX_BUF_SIZE];
    int max_connections;
 
    // 打开/sys文件系统中的内核参数文件
    fp = fopen("/proc/sys/net/core/somaxconn", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("打开文件失败");
        return -1;
    }
 
    // 读取最大连接数
    fgets(buf, sizeof(buf), fp);
   
    // 转换为整数
    max_connections = atoi(buf);
 
    // 关闭文件
    fclose(fp);
 
    return max_connections;
}
 
int set_max_connections(int max_connections) {
    FILE *fp;
 
    // 打开/sys文件系统中的内核参数文件
    fp = fopen("/proc/sys/net/core/somaxconn", "w");
    if (fp == NULL) {
        perror("打开文件失败");
        return -1;
    }
   
    // 将最大连接数写入文件
    fprintf(fp, "%d", max_connections);
 
    // 关闭文件
    fclose(fp);
 
    return 0;
}
 
int main() {
    int max_connections;
 
    // 获取当前最大连接数
    max_connections = get_max_connections();
    if (max_connections == -1) {
        return 1;
    }
 
    printf("当前最大连接数: %d\n", max_connections);
 
    // 修改最大连接数为新的值
    if (set_max_connections(1000) == -1) {
        return 1;
    }
 
    printf("最大连接数已修改为: 1000\n");
 
    return 0;
}

4. 使用man命令了解/proc/stat文件的内容和格式，如图7所示。
   man proc
   
   图7 查看man命令

5. 使用man命令了解下列函数的使用方法，如图8~10所示。
   fopen：
   原型：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。
   
   图8 查看fopen
   fscanf：
   原型：int fscanf( FILE *stream, const char *format [, argument ]… );
   从流中读取格式化的数据。
   例子fscanf (fp ,“cpu %ld”, &user)是指跳过字符串"cpu "及其前面的字符流，读取一个长整数并存入user中。其中fp为文件流指针。%ld对应长整数，%d对应整数，%s对应字符串。
   
   图9 查看fscanf
   fclose：
   原型：int fclose( FILE *stream );
   关闭流(文件)。
   
   图10 查看fclose

6. 用c语言编程，如图11所示。
   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

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
 
unsigned long long get_cpu_time() {
    unsigned long long user, nice, system, idle;
    // 读取/proc/stat文件中的CPU时间信息
    FILE* file = fopen("/proc/stat", "r");
    fscanf(file, "cpu %llu %llu %llu %llu", &user, &nice, &system, &idle);
    fclose(file);
    return user + nice + system + idle;
}
int main() {
    unsigned long long prev_total_time = 0, prev_user_time = 0;
    double system_cpu_usage, user_cpu_usage;
    while (1) {
        // 获取当前的CPU时间信息
        total_time = get_cpu_time();
        user_time = total_time - get_cpu_time();
        // 计算系统CPU占用率和用户态CPU占用率
        if (prev_total_time != 0) {
            system_cpu_usage = (double)(total_time - prev_total_time - (user_time - prev_user_time)) / (total_time - prev_total_time);
            user_cpu_usage = (double)(user_time - prev_user_time) / (total_time - prev_total_time);
 
            printf("系统CPU占用率：%.2f%%\n", system_cpu_usage * 100);
            printf("用户态CPU占用率：%.2f%%\n", user_cpu_usage * 100);
        }
 
        prev_total_time = total_time;
        prev_user_time = user_time;
 
        sleep(1);  // 每隔1秒钟更新一次CPU时间信息
    }
 
    return 0;
}

编译和运行

图11 运行程序显示结果

实验小结

问题：
1．在修改内核参数的时候发现很多都不能修改，需要root权限
注意事项：

1. 不要随便修改内核参数，可能会导致机器出现莫名的问题
   提高的能力：
2. 编码能力有待提高
3. 对命令的熟悉度有待提高