Linux操作系统实验指南：内核编译与系统调用

"操作系统专题实验指导书，针对Linux内核的实验，包括内核裁剪、系统调用设计与篡改、系统模块编程、字符设备驱动及类Ext2文件系统设计等内容，旨在帮助本科学生深入理解Linux操作系统的工作原理。" 在本实验指导书中，主要涉及以下几个关键知识点： 1. **Linux内核编译**： - 实验目标是让学生掌握Linux操作系统的安装以及内核编译流程。 - 实验内容包括从源码编译内核，这要求学生了解Linux内核结构、配置选项的意义以及编译构建过程。 - 实验步骤涵盖了从获取内核源码、配置内核选项到编译和安装的完整过程。 2. **系统调用设计与篡改**： - 学习者将学习如何添加或修改Linux系统调用，理解系统调用的作用和实现机制。 - 实验原理讲解了系统调用接口和执行流程，使学生能理解如何通过内核接口与用户空间交互。 - 实验步骤涉及编写系统调用的C语言函数、更新系统调用表以及测试新的系统调用功能。 3. **系统模块编程**： - 本部分涵盖Linux内核模块的开发，模块可以动态加载和卸载，增强了内核的灵活性。 - 实验目的旨在让学生学会编写简单的内核模块，理解模块与内核的关系。 - 实验步骤包括创建模块、定义模块入口和出口点、以及加载和卸载模块的方法。 4. **PROC文件系统编程**： - PROC文件系统提供了一种在内核空间和用户空间之间交换信息的方式。 - 实验内容包括创建虚拟文件，这些文件的内容由内核动态生成，供用户查看或修改系统状态。 - 实验步骤涉及理解PROC文件系统的结构，编写相应的内核代码来创建和维护PROC文件。 5. **篡改系统调用**： - 这个实验要求学生了解系统调用的安全性和潜在风险，同时学会如何篡改现有系统调用。 - 实验步骤可能包括跟踪系统调用流程，替换特定功能，以及测试篡改后的系统调用行为。 6. **类EXT2文件系统设计**： - 学习者将深入理解文件系统的内部工作原理，尤其是EXT2这种常见的Linux文件系统。 - 设计原理部分讲解EXT2的元数据结构、文件分配方式等核心概念。 - 实验步骤涵盖了分析EXT2文件系统，设计并实现一个简化版的类EXT2系统，可能包括文件创建、读写和删除等基本操作。 7. **字符设备驱动编程**： - 这部分介绍如何为Linux编写字符设备驱动，使得操作系统能够与硬件设备进行通信。 - 实验内容包含定义设备节点、注册和注销设备驱动，以及处理设备读写请求。 - 实验步骤涉及编写驱动程序的代码，以及在内核中加载和测试驱动。 这些实验旨在帮助学生从实践角度理解Linux操作系统的核心组件，提升其在操作系统领域的理论知识和动手能力。通过这些实验，学生不仅能够熟悉Linux的内部机制，还能锻炼解决问题和调试代码的能力，为将来在IT领域的工作打下坚实基础。