《操作系統(tǒng)》實驗指導手冊.doc

操作系統(tǒng)實驗指導書 計算機科學教研室2009.9目 錄實驗一 熟悉Windows2000/XP中的進程和線程實驗二 編程實現(xiàn)進程的控制實驗三 Windows中的線程與線程同步現(xiàn)象實驗四 操作系統(tǒng)中的經(jīng)典線程同步問題實驗五 死鎖避免銀行家算法的實現(xiàn)實驗六 Windows內(nèi)存管理實驗七 分頁內(nèi)存管理算法模擬實驗八 頁面置換算法的模擬實現(xiàn)實驗九 磁盤調(diào)度中的電梯調(diào)度算法實現(xiàn)實驗十 Windows中的消息機制實驗一 熟悉Windows2000/XP中的進程和線程一、實驗目的1、熟悉Windows2000/XP中任務(wù)管理器的使用。2、通過任務(wù)管理器識別操作系統(tǒng)中的進程和線程的相關(guān)信息。 3、掌握利用spy+.exe來察看Windows中各個任務(wù)的更詳細信息。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、實驗理論基礎(chǔ)：（1） 操作系統(tǒng)中的進程和線程的概念；（2） 進程PCB的各項指標含意；2、本實驗內(nèi)容主要對應于教材第2章。三、實驗內(nèi)容與步驟1、 啟動操作系統(tǒng)自帶的任務(wù)管理器：方法：直接按組合鍵Ctrl+Alt+Del，或者是在點擊任務(wù)條上的“開始”“運行”，并輸入“taskmgr.exe”。如下圖所示：2、 調(diào)整任務(wù)管理器的“查看”中的相關(guān)設(shè)置，顯示關(guān)于進程的以下各項信息，并完成下表（填滿即可）：表一：統(tǒng)計進程的各項主要信息序號進程名稱進程ID線程數(shù)量占用內(nèi)存優(yōu)先級占CPU時間虛擬內(nèi)存123456783、 從桌面啟動辦公軟件“Word”，在任務(wù)管理器中找到該軟件的登記，并將其結(jié)束掉。再從任務(wù)管理器中分別找到下列程序：winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe，試著結(jié)束它們，觀察到的反應是 ，原因是 。4、 在任務(wù)管理器中找到進程“explorer.exe”，將之結(jié)束掉，并將桌面上你打開的所有窗口最小化，看看你的計算機系統(tǒng)起來什么樣的變化 、得到的結(jié)論是 （說出explorer.exe進程的作用）。5、運行“spy+.exe”應用軟件，點擊按鈕“”，切換到進程顯示欄上，查看進程“explorer.exe”的各項信息，并填寫下表：表二：統(tǒng)計線程的各項信息進程：explorer.exe 中的各個線程序號進程ID線程ID基本優(yōu)先級當前優(yōu)先級CPU時間上下文開關(guān)12345678910111213146、注意某些線程前有“”，如圖所示：，說明二者之間的差異是 。四、實驗材料的提交與成績評定1、本實驗的實驗報告一份（電子版或紙質(zhì)版一份，具體形式由任課教師確定，格式參考學院統(tǒng)一實驗報告）2、實驗源程序一份，請表明題號（電子版）備注：做下一次實驗之時提交上一次實驗的材料，由各班學習委員以班為單位收集并上交任課教師。3、實驗成績總分為10分，由指導老師根據(jù)學生實驗表現(xiàn)和實驗材料進行評定，本門課程結(jié)束后實驗平均成績（實驗總成績/實驗次數(shù)）按照10的比例記入期末考試總成績。實驗二 編程實現(xiàn)進程的控制一、實驗目的1、進一步掌握進程的相關(guān)概念2、掌握Windows2000/XP有關(guān)進程操作的API函數(shù)的使用。3、了解進程的地址空間的含義。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、實驗理論基礎(chǔ)：（1）操作系統(tǒng)中的進程和線程的概念；（2）進程的各種控制；2、本實驗內(nèi)容主要對應于教材第2章和第3章的內(nèi)容。三、實驗內(nèi)容與步驟1、啟動應用程序“Process Information.exe”，應出現(xiàn)下面的界面：2、依次改變上圖中“下拉組合框”的選項，讀出界面中顯示的各項信息，并完成下表（填滿即可）：（統(tǒng)計中要包含winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe等應用程序）表一：統(tǒng)計進程的一些信息序號進程名稱進程ID父進程ID優(yōu)先級線程數(shù)Heaps數(shù)量模塊數(shù)量123456783、從上表中觀察“進程ID”和“父進程ID”兩欄，總結(jié)并畫出下列程序間的親緣關(guān)系：winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe。4、打開“ProcessInfo”工程文件，打開文件“ProcessInfo.cpp”，找到函數(shù)：CreateProcess（）的使用方法。按下列步驟建立一個工程項目，將記事本應用程序運行起來，即創(chuàng)建了一個新的進程。步驟1、創(chuàng)建一個基于MFC的應用程序。步驟2、在應用程序類型中選取“基于對話框”的選項。步驟3、直接點擊完成，系統(tǒng)將為你創(chuàng)建一個工程項目。步驟4、然后在“資源視圖”中，打開對話框“IDD_MY_DIALOG”，將出現(xiàn)以下對話框：步驟5、打開界面上的“工具箱”，放置一個“按鈕”，如下圖：步驟6、雙擊上面的“Button1”按鈕，切換到代碼的編寫處：輸入以下語句：步驟7、編譯并運行此工程項目，看看運行的結(jié)果。四、實驗材料的提交與成績評定1、本實驗的實驗報告一份（電子版或紙質(zhì)版一份，具體形式由任課教師確定，格式參考學院統(tǒng)一實驗報告）2、實驗源程序一份，請表明題號（電子版）備注：做下一次實驗之時提交上一次實驗的材料，由各班學習委員以班為單位收集并上交任課教師。3、實驗成績總分為10分，由指導老師根據(jù)學生實驗表現(xiàn)和實驗材料進行評定，本門課程結(jié)束后實驗平均成績（實驗總成績/實驗次數(shù)）按照10的比例記入期末考試總成績。實驗三 Windows中的線程與線程同步現(xiàn)象一、實驗目的1、掌握Windows中線程的操作。2、熟悉線程不同步時的現(xiàn)象及環(huán)境因素。3、掌握一種同步對象的使用。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、線程和線程不同步的認識。2、線程間的同步和通信。3、本實驗內(nèi)容主要對應于教材第2章中關(guān)于線程的各節(jié)。三、實驗內(nèi)容與步驟1、定義全局變量 int i = 0; 初始值置為 0。2、創(chuàng)建兩個線程，一個對 i 執(zhí)行加 1 操作，另一個對 i 執(zhí)行減 1 操作。兩個線程執(zhí)行相同的次數(shù)。顯然，正常情況下，i 的仍然保持為 0。#include #include #define MaxCount 9000000 / 循環(huán)次數(shù)要很大，可多次嘗試一些值DWORD _stdcall fun1( LPVOID p1)for( int j =0 ;j MaxCount;j+)i+;return 0;DWORD _stdcall fun2( LPVOID p1)for( int j =0 ;j MaxCount;j+)i-;return 0;3、觀察兩個線程執(zhí)行后的情況，可以發(fā)覺最后 i 的值不一定是 0， 有時是很大的正數(shù)，有時是很大的負數(shù)，這就是多個線程在操作同一個變量 i時，未同步時帶來的嚴重問題。 還應該了解，在多個線程操作共享的變量時，才需要考慮同步問題。5、 給這兩個線程加上同步代碼，再來觀察對 i 值的影響。步驟2的函數(shù)稍微改動即可：CRITICAL_SECTION cs;DWORD _stdcall fun1( LPVOID p1)for( int j =0 ;j MaxCount;j+):EnterCriticalSection(&cs);i+;:LeaveCriticalSection(&cs);DWORD _stdcall fun2( LPVOID p1)for( int j =0 ;j = RequestMatrixk0& AvailResource1 = RequestMatrixk1& AvailResource2 = RequestMatrixk2& AvailResource3 = RequestMatrixk3)/若資源能使進程ProcessID結(jié)束 for(int i=0;i22 = (unsigned int)PysicalMemAddrPT1;/ 將第1 個頁表的地址填入頁目錄表中p = (unsigned int *)PysicalMemAddrPT1;/ p 指向第1 個頁表p(FirstLinearAddr+4096*IDT)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrIDT;/ 將 IDT 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*TSS)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrTSS;/ 將 TSS 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*GDT)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrGDT;/ 將 GDT 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*PDT)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPDT;/ 將 PDT 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*PT1)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT1;/ 將 PT1 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*PT2)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT2;/ 將 PT2 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*PT3)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT3;/ 將 PT3 頁的起始地址填入頁表p(FirstLinearAddr+4096*PT4)12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT4;/ 將 PT4 頁的起始地址填入頁表3、虛擬地址到物理地址的變換linear = 0xC0401010;p = (unsigned int *)PysicalMemAddrPDT;/ p 指向頁目錄表pTable = (unsigned int *)plinear22;/ pTable 指向頁表pChar = (char *)pTablelinear12 & 0x3FF;/ pChar 指向物理內(nèi)存printf(Linear: 0x%X is in %sn,linear,pChar);自行變換線性地址：C0404010H、C0414010H四、實驗材料的提交與成績評定1、本實驗的實驗報告一份（電子版或紙質(zhì)版一份，具體形式由任課教師確定，格式參考學院統(tǒng)一實驗報告）2、實驗源程序一份，請表明題號（電子版）備注：做下一次實驗之時提交上一次實驗的材料，由各班學習委員以班為單位收集并上交任課教師。3、實驗成績總分為10分，由指導老師根據(jù)學生實驗表現(xiàn)和實驗材料進行評定，本門課程結(jié)束后實驗平均成績（實驗總成績/實驗次數(shù)）按照10的比例記入期末考試總成績。實驗八 頁面置換算法的模擬實現(xiàn)一、實驗目的1、熟悉基本分頁存儲管理。2、掌握FIFO頁面置換算法。 3、掌握LRU頁面置換算法。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理。2、基本分頁內(nèi)存、分段內(nèi)存管理。3、常用頁面置換算法的實現(xiàn)。三、實驗內(nèi)容與步驟1、定義相關(guān)數(shù)據(jù)#define InitPysiBlocks 4#define MaxPages 16：unsigned int PysicalBlocksInitPysiBlocks = 0 ;unsigned int PageSequence30 = 1,2,3,6,4,7,3,2,1,4,7,5,6,5,2,1;2、按照教材中FIFO、LRU算法描述進行算法設(shè)計unsigned FIFO(unsigned *py,unsigned *pg)unsigned LRU(unsigned *py,unsigned *pg)3、查看運行結(jié)果是否與手工計算一致。四、實驗材料的提交與成績評定1、本實驗的實驗報告一份（電子版或紙質(zhì)版一份，具體形式由任課教師確定，格式參考學院統(tǒng)一實驗報告）2、實驗源程序一份，請表明題號（電子版）備注：做下一次實驗之時提交上一次實驗的材料，由各班學習委員以班為單位收集并上交任課教師。3、實驗成績總分為10分，由指導老師根據(jù)學生實驗表現(xiàn)和實驗材料進行評定，本門課程結(jié)束后實驗平均成績（實驗總成績/實驗次數(shù)）按照10的比例記入期末考試總成績。實驗九 磁盤調(diào)度中的電梯調(diào)度算法實現(xiàn)一、實驗目的1、掌握操作系統(tǒng)中I/O管理。2、理解磁盤的工作原理與各種調(diào)用算法。 3、掌握SCAN（電梯調(diào)度）算法的實現(xiàn)。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、操作系統(tǒng)中IO管理。2、操作系統(tǒng)的磁盤調(diào)度算法。三、實驗內(nèi)容與步驟1、參照教材第5章第6節(jié)的相關(guān)描述和圖5-27的具體數(shù)據(jù)，進行算法設(shè)計并驗證是否與手工計算相一致。 其余步驟前述實驗（略）。四、實驗材料的提交與成績評定1、本實驗的實驗報告一份（電子版或紙質(zhì)版一份，具體形式由任課教師確定，格式參考學院統(tǒng)一實驗報告）2、實驗源程序一份，請表明題號（電子版）備注：做下一次實驗之時提交上一次實驗的材料，由各班學習委員以班為單位收集并上交任課教師。3、實驗成績總分為10分，由指導老師根據(jù)學生實驗表現(xiàn)和實驗材料進行評定，本門課程結(jié)束后實驗平均成績（實驗總成績/實驗次數(shù)）按照10的比例記入期末考試總成績。實驗十 Windows中的消息機制一、實驗目的1、掌握操作系統(tǒng)中消息的概念。2、理解消息機制的實現(xiàn)。 3、掌握Windows中消息的操作函數(shù)。二、實驗理論基礎(chǔ)及教材對應關(guān)系1、操作系統(tǒng)中消息的概念和作用。2、操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理。3、本實驗內(nèi)容主要對應于教材第2、3、4章。三、實驗內(nèi)容與步驟1、通過應用程序觀察消息在進程中的傳遞，同時運行兩個“CopyData.exe”應用程序，下面界面所示：圖1、進程 A 的運行界面圖2、進程 B 的運行界面2、點擊進程A的“Send Data1to other windows”按鈕，可以看到“Data1”數(shù)據(jù)發(fā)送到了進程B的信息框內(nèi)了。點擊進程A的“Send Data2 to other window