20252820_进程管理实验

20252820_进程管理实验

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一、实验基本信息

• 课程名称：操作系统实验
• 实验名称：第三章 进程管理实验
• 实验环境：
  • 操作系统：openEuler
  • 内核版本：5.10.0+
  • 开发工具：gcc、make
  • 其他：cgroup（cpuset、devices 子系统）

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二、实验目的

1. 理解 Linux 内核中进程与内核线程的基本概念和实现方式。
2. 掌握内核模块编写、编译、加载和卸载的方法。
3. 能够遍历进程控制块，获取进程状态、PID 和进程名。
4. 学会使用 cgroup cpuset 子系统限制进程可用 CPU 核数。
5. 学会使用 cgroup devices 子系统限制进程对 U 盘等设备的访问。

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三、实验内容与步骤

任务一：创建并运行内核线程

1. 任务目标

• 编写内核模块，在模块加载时创建并启动一个内核线程；
• 内核线程周期性打印信息；
• 模块卸载时正确终止该线程。

2. 核心代码（kthread.c）

3. Makefile

4. 实验步骤

1. 在 ~/os_exp/ch3_task1 目录下编写 kthread.c。
2. 编写对应的 Makefile，配置好 KERNELDIR。
3. 执行 make 编译生成 kthread.ko。
4. 使用 insmod kthread.ko 加载模块。
5. 使用 lsmod | grep kthread 检查模块是否加载成功。
6. 使用 dmesg | tail 查看内核线程运行输出。
7. 使用 rmmod kthread 卸载模块。
8. 再次 dmesg | tail 确认线程已结束。
   

5. 运行结果与分析

• 主要现象描述：
  • 模块加载时内核日志输出：创建内核线程的提示信息；
  • 线程运行时周期性打印日志；
  • 卸载模块后日志中打印线程结束的信息。
    

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任务二：打印当前系统 CPU 负载情况

1. 任务目标

• 编写内核模块，在模块加载时读取 /proc/loadavg；
• 提取 1 分钟内 CPU 负载值，并通过 printk 输出到内核日志。

2. 核心代码（cpu_loadavg.c）

3. Makefile

4. 实验步骤

1. 在 ~/os_exp/ch3_task2 目录中编写 cpu_loadavg.c。
2. 编写 Makefile 并完成编译，生成 cpu_loadavg.ko。
3. 使用 insmod cpu_loadavg.ko 加载模块。
4. 使用 dmesg | tail 查看 CPU 负载的打印结果。
5. 使用 rmmod cpu_loadavg 卸载模块，再次查看日志。
   

5. 运行结果与分析

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任务三：打印当前处于运行状态进程的 PID 和名称

1. 任务目标

• 使用 for_each_process 宏遍历系统中所有进程；
• 找出处于运行状态（state == 0）的进程；
• 打印其 PID 和进程名。

2. 核心代码（process_info.c）

3. Makefile

4. 实验步骤

1. 在 ~/os_exp/ch3_task3 目录中编写 process_info.c。
2. 使用 make 编译生成 process_info.ko。
3. 使用 insmod process_info.ko 加载模块。
4. 使用 dmesg | tail -n 50 查看打印出的运行中进程列表。
5. 使用 rmmod process_info 卸载模块，并查看退出日志。
   

5. 运行结果与分析

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任务四：使用 cgroup 限制进程可用 CPU 核数（cpuset）

1. 任务目标

• 使用 cgroup 的 cpuset 子系统限制进程可用的 CPU 核数；
• 编写死循环程序 while_long，观察其 CPU 使用情况；
• 使用 taskset 验证进程被绑定在指定 CPU 核上。

2. 用户态测试程序（while_long.c）

3. 实验步骤

1. 在 ~/os_exp/ch3_task4 目录编写并编译 while_long.c：
   • gcc while_long.c -o while_long
2. 创建并挂载 cgroup cpuset 子系统：
   • mkdir -p /cgroup
   • mount -t tmpfs tmpfs /cgroup
   • mkdir /cgroup/cpuset
   • mount -t cgroup -o cpuset cpuset /cgroup/cpuset
3. 创建 cpuset 控制组 mycpuset 并配置：
   • mkdir /cgroup/cpuset/mycpuset
   • echo 0 > cpuset.mems
   • echo 0-2 > cpuset.cpus（根据实际 CPU 调整）
4. 运行 ./while_long，在另一终端通过 pgrep while_long 获取 PID。
5. 通过写入 /cgroup/cpuset/mycpuset/tasks 将该进程加入 cgroup：
   • echo <PID> > /cgroup/cpuset/mycpuset/tasks
6. 使用 top、taskset -p <PID>、taskset -cp <PID> 查看 CPU 亲和性。
   
   

4. 运行结果与分析

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任务五：使用 cgroup 限制进程访问 U 盘（devices）

1. 任务目标

• 使用 cgroup 的 devices 子系统禁止进程访问指定 U 盘设备；
• 使用 dd 测试访问 U 盘是否被禁止；
• 理解 devices 子系统的 allow/deny 规则。

2. 实验前准备

1. 插入 U 盘，使用 fdisk -l 找到对应设备（如 /dev/sda1）。
2. 使用 ls -l /dev/sda1 查看主设备号和次设备号（如 8,1）。
3. 将 U 盘挂载到 /usb：
   • mkdir -p /usb
   • mount /dev/sda1 /usb

3. 挂载 devices 子系统并创建 mydevices

1. mkdir -p /cgroup
2. mount -t tmpfs tmpfs /cgroup
3. mkdir /cgroup/devices
4. mount -t cgroup -o devices devices /cgroup/devices
5. mkdir /cgroup/devices/mydevices
6. cd /cgroup/devices/mydevices

4. 配置拒绝访问 U 盘的规则

echo 'a 8:1 rwm' > devices.deny   # 根据实际主/次设备号填写

5. 将当前 shell 加入 devices cgroup 并执行 dd

1. 在 /cgroup/devices/mydevices 中执行：

   echo $$ > tasks
   cat tasks

2. 在同一终端中执行 dd 测试访问 U 盘：

   dd if=/dev/sda1 of=/home/temfile bs=1 count=12800

3. 记录出现的错误信息（期望为 Operation not permitted）。
   

6. 运行结果与分析

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