操作系统实验

操作系统实验报告

实验一进程控制与描述

一、实验目的

通过对Windows 2000编程，进一步熟悉操作系统的基本概念，较好地理解Windows 2000的结构。通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作，进一步熟悉操作系统的进程概念，理解Windows 2000中进程的“一生”。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境；

软件环境：Windows 2000 Professional、Visual C++ 6.0企业版。

三、实验内容和步骤

第一部分（共三个程序）：

Windows 2000 Professional下的GUI应用程序，使用Visual C++编译器创建一个GUI 应用程序，代码中包括了WinMain()方法，该方法GUI类型的应用程序的标准入口点。

程序1-1

# include

# pragma comment(lib, “user32.lib” )

int APIENTRY WinMain(HINSTANCE /* hInstance */ ,

HINSTANCE /* hPrevInstance */,

LPSTR /* lpCmdLine */,

int /* nCmdShow */ )

{

:: MessageBox(

NULL,

“Hello, Windows 2000” ,

“Greetings”,

MB_OK) ;

return(0) ; }

实验结果

然后改变参数，运行结果如下：

1-2显示了当前进程的优先级：

1-3进一步显示进程的具体情况：

第二部分：进程的“一生”(共三个程序)

1、创建进程

本程序展示的是一个简单的使用CreateProcess() API函数的例子。首先形成简单的命令行，提供当前的EXE文件的指定文件名和代表生成克隆进程的号码。大多数参数都可取缺省值，但是创建标志参数使用了：BOOL bCreateOK标志，指示新进程分配它自己的控制台，这使得运行示例程序时，在任务栏上产生许多活动标记。然后该克隆进程的创建方法关闭传

递过来的句柄并返回main() 函数。在关闭程序之前，每一进程的执行主线程暂停一下，以便让用户看到其中的至少一个窗口。

CreateProcess() 函数有____10___个核心参数？本实验程序中设置的各个参数的值是：

CreateProcess(

LPCWSTR lpszImageName, //指向可执行的模块的指针

LPCWSTR lpszCmdLine, //指向可执行命令行字符串的指针

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaProcess, //CE 不支持

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaThread, //CE 不支持

BOOL fInheritHandles, //CE 不支持

DWORD fdwCreate, //创建标志

LPVOID lpvEnvironment, //CE 不支持

LPWSTR lpszCurDir, //CE 不支持

LPSTARTUPINFOW lpsiStartInfo, //CE 不支持

LPPROCESS_INFORMATION lppiProcInfo //指向进程信息结构体的指针);

相应设置值：

szFilename,

szCmdLine,

NULL,

NULL,

FALSE,

CREATE_NEW_CONSOLE,

NULL,

NULL,

&si,

&pi

相关资料

CreateProcess API函数来创建相应的进程，该函数的原型如下：

CreateProcess(

LPCWSTR lpszImageName, //指向可执行的模块的指针

LPCWSTR lpszCmdLine, //指向可执行命令行字符串的指针

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaProcess, //CE 不支持

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaThread, //CE 不支持

BOOL fInheritHandles, //CE 不支持

DWORD fdwCreate, //创建标志

LPVOID lpvEnvironment, //CE 不支持

LPWSTR lpszCurDir, //CE 不支持

LPSTARTUPINFOW lpsiStartInfo, //CE 不支持

LPPROCESS_INFORMATION lppiProcInfo //指向进程信息结构体的指针);

该函数最重要的两个参数是lpszImageName和lpszCmdLine,下面的几个应用也主要是通过设置这两个参数来达到目的。（以下的程序在Pocket PC 2003 SE上通过测试）1、打开指定的URL

TCHAR szAppName[_MAX_PATH] = TEXT("iexplore.exe");//IE浏览器程序

TCHAR szCmdLine[_MAX_PATH] = TEXT("https://www.360docs.net/doc/241271242.html,"); CreateProcess(szAppName,szCmdLine, NULL, NULL,FALSE, 0, NULL, NULL, NULL, NULL);

2、打开指定的文件夹

TCHAR szAppName[_MAX_PATH] = TEXT("fexplore.exe");//资源管理器程序TCHAR szCmdLine[_MAX_PATH] = TEXT(\\Windows\\);

CreateProcess(szAppName,szCmdLine, NULL, NULL,FALSE, 0, NULL, NULL, NULL, NULL);

3、打开帮助文件

PROCESS_INFORMATION pi;

TCHAR szAppName[_MAX_PATH] = TEXT("peghelp.exe");//系统帮助程序，PC上是在c:\WINDOWS目下的winhlp32.exe

TCHAR szCmdLine[_MAX_PATH] = TEXT("myhelp.html");//自己制作的帮助文档，甚至是系

//统原有的帮助文件，如wince.htm、bluetooth.htm等等。myhelp.html应该放在\Windows 目录下

CreateProcess(szAppName,szCmdLine, NULL, NULL,FALSE, 0, NULL, NULL, NULL, &pi);

通过以上的方式，可以在自己的应用程序里打开相应的帮助文件。

从以上的3种应用可以看出，只要知道系统自带的应用程序名，就可以通过设定szAppName和szCmdLine相应的值，来调用相应的程序，来达到自己想要的目的。只要认真挖掘，一定可以发现更多的应用。

2、正在运行的进程

使用进程和操作系统的版本信息

分析程序，写出运行结果：

当前PID信息：3092

当前操作系统版本：00

系统提示信息：Task Manager should now indicate this process is high priority.

程序向读者表明了如何获得当前的PID和所需的进程版本信息。为了运行这一程序，系统处理了所有的版本不兼容问题。

接着，程序演示了如何使用GetVersionEx() API函数来提取OSVERSIONINFOEX结构。这一数据块中包括了操作系统的版本信息。其中，“OS : 5.1”表示当前运行的操作系统是：

windowsXP

最后一段程序利用了操作系统的版本信息，以确认运行的是windows XP。代码接着将当前进程的优先级提高到比正常级别高。

单击Ctrl + Alt + Del键，进入“Windows任务管理器”，在“应用程序”选项卡中右键单击本任务，在快捷菜单中选择“转到进程”命令。

在“Windows任务管理器”的“进程”选项卡中，与本任务对应的进程映像名称是(为什么？) ：

______ vcspawn.exe

右键单击该进程名，在快捷菜单中选择“设置优先级”命令，可以调整该进程的优先级，如设置为“高”后重新运行程序，屏幕显示有变化吗？为什么？

设置为高后process ID变为3744，但是requires OS和Running OS 都没有改变，原因是只改变了该进程的优先级操作系统没有改变

3终止进程

指令其子进程来“杀掉”自己的父进程

先分析程序功能，再写出运行结果：

1) Creating the child process.

表示：创建子进程

2) Telling the child process to quit

表示:删除子进程

在熟悉源代码的基础上，利用本实验介绍的API函数来尝试改进本程序(例如使用GetProcessTimes() API函数) 并运行。请描述你所做的工作：

GetProcessTimes() API函数可向主调者显示进程的终止时间。

具体实现方法及说明

API GetProcessTimes

Declare Function GetProcessTimes Lib "kernel32" Alias "GetProcessTimes" (ByVal

hProcess As Long, lpCreationTime As FILETIME, lpExitTime As FILETIME, lpKernelTime As FILETIME, lpUserTime As FILETIME) As Long

说明

获取与一个进程的经过时间有关的信息

返回值

Long，非零表示成功，零表示失败。会设置GetLastError

参数表

参数类型及说明

hProcess Long，一个进程句柄

lpCreationTime FILETIME，指定一个FILETIME结构，在其中装载进程的创建时间lpExitTime FILETIME，指定一个FILETIME结构，在其中装载进程的中止时间lpKernelTime FILETIME，指定一个FILETIME结构，在其中装载进程花在内核模式上的总时间

lpUserTime FILETIME，指定一个FILETIME结构，在其中装载进程花在用户模式上的总时间说明

四、实验总结

在实验中通过读程序和调试程序更深的了解了进程的意义。熟悉了操作系统的进程概念，和Windows 2000中进程的“一生”。也通过上网查了一些关于进程的资料。

进程定义：一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。

进程的特征：

动态性－－具有动态的地址空间

独立性－－各进程的地址空间相互独立

并发性－－宏观上各进程同时运行

结构化－－进程的地址空间是结构化的

进程与程序的区别：

进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件，是静态的可以复制。

进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。

进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。

进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

实验二并发与调度

一、实验目的

在本实验中，通过对事件和互斥体对象的了解，来加深对Windows 2000线程同步的理解。通过分析实验程序，了解管理事件对象的API。了解在进程中如何使用事件对象，在进程中如何使用互斥体对象，线程如何通过文件映射对象发送数据。

在Linux Redhat 9.0操作系统平台上，用pipe()创建一个管道文件，然后用fork()创建两个生产进程和两个消费进程，它们之间通过pipe()传递消息。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境；

软件环境：Windows 2000 Professional，Linux Redhat 9.0操作系统平台，Visual C++ 6.0企业版。

三、实验内容和步骤

第一部分：互斥体对象

本程序中显示的类CCountUpDown使用了一个互斥体来保证对两个线程间单一数值的访问。每个线程都企图获得控制权来改变该数值，然后将该数值写入输出流中。创建者实际上创建的是互斥体对象，计数方法执行等待并释放，为的是共同使用互斥体所需的资源(因而也就是共享资源) 。

利用互斥体保护共享资源

。

1) 请描述运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？)

0线程和1线程交替执行，占用系统资源，交替50次后，数值应该返回初始值(0) 运行到此时结束。如果运行不成功，可能是因为两个线程争用资源时发生了阻塞现象，使程序无法继续进行

2) 根据运行输出结果，对照分析程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述：

分析程序的运行结果，可以看到线程(加和减线程) 的交替执行(因为Sleep() API允许Windows切换线程) 。在每次运行之后，数值应该返回初始值(0) ，因为在每次运行之后写入线程在等待队列中变成最后一个，内核保证它在其他线程工作时不会再运行

第二部分线程通过文件对象发送数据

Windows 2000提供的线程间通讯类内核对象允许同一进程或跨进程的线程之间互相发送信息，包括文件、文件映射、邮件位和命名管道等，其中最常用的是文件和文件映射。这类对象允许一个线程很容易地向同一进程或其他进程中的另一线程发送信息。

演示线程通过文件对象发送数据

运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：

程序函数写的不全，致使程序有错误

阅读和分析程序，请回答问题：

1)程序中启动了多少个单独的读写线程？

循环了100次应该有100个单独的线程

2) 使用了哪个系统API函数来创建线程例程？

HANDLE hThread = :: CreateThread

3) 文件的读和写操作分别使用了哪个API函数？

DWORD dwXfer(0) ;

:: ReadFile

:: WriteFile

每次运行进程时，都可看到程序中的每个线程从前面的线程中读取数据并将数据增加，文件中的数值连续增加。这个示例是很简单的通讯机制。可将这一示例用作编写自己的文件读/写代码的模板。

请注意程序中写入之前文件指针的重置。重置文件指针是必要的，因为该指针在读取结束时将处于前四个字节之后，同一指针还要用于向文件写入数据。如果函数向该处写入新数值，则下次进程运行时，只能读到原来的数值。那么：

4) 在程序中，重置文件指针使用了哪一个函数？

TCHAR szFullName [MAX_PA TH] ;

:: GetTempPath(MAX_PA TH, szFullName

5) 从输出结果，对照分析程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述：

循环执行一百次文件读写操作，然后停止

第三部分

用pipe()创建一个管道文件，然后用fork()创建两个生产进程和两个消费进程，它们之间通过pipe()传递消息。

fork系统调用pid=fork();创建一个子进程，子进程是父进程的完整复制，正常返回值为非负整数。对于父进程来说该数大于0，是子进程的编号（pid）；对于子进程来说该数为零。正是利用返回值的不同可以决定二者的后续动作。

pipe系统调用ret_val=pipe(fd); 参数定义为int fd[2]。创建一个管道文件，返回两个文件描述符fd[0]和fd[1]，它们分别用于管道文件的读和写操作。管道文件创建后，可以被fork 所创建的子进程共享。

先阅读和分析程序，写出运算结果

1) 程序中用来创建一个文件映射对象的系统API函数是哪个？

CreateFileMapping（）

2) 在文件映射上创建和关闭文件视图分别使用了哪一个系统函数？

a. MapViewOfFile()

b. CloseHandle()

3) 运行时，程序首先通过( CreateFileMapping() ) 函数创建一个小型的文件映射对象( hMapping ) ，接着，使用系统API函数( CreateMutex() ) 再创建一个保护其应用的互斥体( g_hMutexMapping ) 。然后，应用程序创建100个线程，每个都允许进行同样的进程，即：通过互斥体获得访问权，这个操作是由语句：WaitForSingleObject(g_hMutexMapping, INFINITE) 实现的。再通过函数( MapViewOfFile （）) 操作将视图映射到文件，将高32位看作有符号整数，将该数值增加(即命令：LONG * pnData = reinterpret_cast (pFile) ) ，再将新数值显示在控制台上。每个线程清除文件的视图并在退出之前释放互斥体释放互斥体的语句是UnmapViewOfFile(pFile) ReleaseMutex(g_hMutexMapping) 。当线程完成时，应用程序关闭并退出。

4) 将程序中的语句:: Sleep(500) ; 删除(例如在语句前面加上“//”) 后，重新编译运行，结果有变化吗？为什么？

把Sleep()内容改后，执行速度变快。

Sleep()功能：执行挂起一段时间。里面的单位，是以毫秒为单位。

四、实验总结

在实验中学习了一些与Windows线程的有关API

CreateThread()函数在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函数；返回值为所创建线程的句柄。

ExitThread()函数用于结束本线程。

SuspendThread()函数用于挂起指定的线程。

ResumeThread()函数递减指定线程的挂起计数，挂起计数为0时，线程恢复执行。

实验三存储管理

一、实验目的

通过实验了解Windows 2000内存的使用，学习如何在应用程序中管理内存，体会Windows应用程序内存的简单性和自我防护能力。学习检查虚拟内存空间或对其进行操作；了解Windows 2000的内存结构和虚拟内存的管理，进而了解进程堆和Windows为使用内存而提供的一些扩展功能。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境；

软件环境：Windows 2000 Professional，Visual C++ 6.0企业版。

三、实验内容和步骤

在Windows 2000环境下，4GB的虚拟地址空间被划分成两个部分：低端2GB提供给进程使用，高端2GB提供给系统使用。这意味着用户的应用程序代码，包括DLL以及进程使用的各种数据等，都装在用户进程地址空间内(低端2GB) 。

第一部分虚拟内存的检测

将系统当前的自由区(free) 虚拟地址空间填入表中。

地址大小虚拟地址

空间类型

访问权限描述free

free

free

free

free

将系统当前的已调配区(committed) 虚拟地址空间填入表中。

地址大小虚拟地址

空间类型

访问权限描述committed

committed

committed

committed

committed

将系统当前的保留区(reserved) 虚拟地址空间填入表5-8中。

地址大小虚拟地址

空间类型

访问权限描述reserved

reserved

reserved

reserved

reserved

第二部分虚拟内存操作

示例程序显示了如何分配一个大容量空间，将物理存储委托给其中的很小一部分(千分之一) 并加以使用。

分配和使用大块内存

对照运行结果，分析程序。为了给数据库保留1GB的段地址空间，程序给出了内存分配的四种方法。

·第一种技术

即程序中说明为______使用内存分配来获得1GB块_的程序段，该段程序试图利用标准C中的malloc() 函数，从已经已调配的小内存区获得内存。从运行结果看，这种技术成功了吗？不成功。

·第二种技术

即程序中说明为____使用虚拟分配以获得物理1GB块_____的程序段，该段程序试图通过VirtualAlloc() ，然后利用物理备用内存将整个块分配到虚拟内存空间的任何位置。这种技术只对拥有1GB以上的RAM且都有换页文件的计算机可行。从运行结果看，这种技术成功了吗？_不成功__。

·第三种技术

即程序中说明为__使用虚拟分配以获得虚拟1GB块的程序段，该段程序利用VirtualAlloc() ，如果函数成功，则获得大块内存，但不将任何物理内存调配到此块中。从运行结果看，这种技术成功了吗？__不成功。

·第四种技术

即程序中说明为____使用虚拟分配调配获得虚拟1GB块，再为其调配1MB物理存储的程序段，该段程序保留1GB的内存区，然后将物理内存调配给其中的很小一部分(1MB) 。这就是程序介绍的处理一个假想的数据库应用程序的方法：保留整个块，然后按要求在其一小部分内进行读操作，让系统将用过的区域换页到磁盘中。

利用VirtualLock() API，Windows可用来在自己的进程空间中控制虚拟内存的行为。这个函数与其成对的VirtualUnlock() 阻止或允许一块内存从物理RAM中换页和换页到页面文件中。这样就会通知系统有一段特定的内存区要求对用户作出强烈的响应，所以系统不应将其移出RAM。当然，如果要将整个虚拟内存空间锁定，系统就会停留于试图将系统中工作内存的每一小块换页到磁盘

四、实验总结

虚拟存储器的定义：

在具有层次结构存储器的计算机系统中，采用自动实现部分装入和部分对换功能，为用户

提供一个比物理主存容量大得多的，可寻址的一种“主存储器”。

程序的局部性原理：

指程序在执行过程中的一个较短时间内，所执行的指令地址或操作数地址分别局限于一定的存储区域中。又可细分时间局部性和空间局部性。

第一，程序中只有少量分支和过程调用，大都是顺序执行的指令。

第二，程序包含若干循环，是由相对较少的指令组成，在循环过程中，计算被限制在程序中很小的相邻部分中。

第三，很少出现连续的过程调用，相反，程序中过程调用的深度限制在小范围内，一段时间内，指令引用被局限在很少几个过程中。

第四，对于连续访问数组之类的数据结构，往往是对存储区域中相邻位置的数据的操作。第五，程序中有些部分是彼此互斥的，不是每次运行时都用到的，如出错处理程序。

实验四输入输出管理

一、实验目的

在本实验中，我们通过一个应用程序示例来讨论鼠标编程技巧，了解如何响应鼠标消息和如何在应用程序中捕获鼠标，从而加深理解Windows 2000输入/输出处理技术。

通过Linux重定向和管道操作，熟悉并掌握Linux环境下输入/输出重定向技术。掌握把标准输出重定向创建一个文件；防止使用重定向的时候覆盖文件；把输出追加到一个现有的文件中；

把一个命令的输出导入到另一个命令中。

通过对机器内部扬声器的编程，了解和学习Linux内部设备的控制和管理方法。

二、实验环境

硬件环境：计算机一台，局域网环境；

软件环境：Windows 2000 Professional，Linux Redhat 9.0,Visual C++ 6.0专业版或企业版。

三、实验内容和步骤

第一部分Windows鼠标处理

一台计算机拥有大量的输入设备，而鼠标和键盘是其中最常用的输入设备。实际上，基本的鼠标和键盘处理就像使用Visual C++ 的Class Wizard在MFC程序中添加一两个消息响应函数一样简单。

在本实验中，我们通过一个应用程序示例来讨论鼠标编程技巧，了解如何响应鼠标消息和如何在应用程序中捕获鼠标。实验程序另附。

步骤1：登录进入Windows 2000 Professional。

步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”-“Microsoft Visual C++ 6.0”命令，进入Visual C++ 窗口。

步骤3：在File菜单单击Open Workspace...命令，在“Open Workspace”对话框中找到实验代码文件夹并打开实验文件Mouse.dsw。

步骤4：单击Build菜单中的Build Mouse.exe命令，系统对程序进行编译并建立可执行文件。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

不能打开fatal error C1083: Cannot open include file: 'stdafx.h': No such file or directory__________________________________________________________________ 步骤5：在工具栏单击“Execute Program”按钮，执行Mouse.exe程序，响应鼠标消息。

Mouse示例程序演示了如何截取和响应鼠标消息。运行这个程序，就会显示一个主窗口。最初窗口是空白的，但是直接在窗口中移动鼠标，WM_MOUSEMOVE消息就会出现在窗口上，同时显示鼠标的坐标。在鼠标经过窗口时单击鼠标左键，窗口中不仅出现WM_LBUTTONDOWN和WM_LBUTTONUP消息，而且显示事件发生的坐标。单击鼠标右键，再次出现上述情况。

请记录：

WM_MOUSEMOVE X: 166 Y: 195

WM_LBUTTONDOWN X: 166 Y: 195

WM_LBUTTONUP X: 166 Y: 195

WM_RBUTTONDOWN X: 210 Y: 115

WM_RBUTTONUP X: 210 Y: 210

观察演示情况，请说明，显示的各消息反映了什么鼠标事件？

WM_MOUSEMOVE ：鼠标当前所在位置的坐标

WM_LBUTTONDOWN ：鼠标左击时按下去时所在位置的坐标