os試驗指導書（新）

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操作系統(tǒng)教程

試驗指導書

阮越許文方

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目錄

試驗一WINDOWS進程初識4

1、試驗目的42、試驗內容和步驟43、試驗結論54、程序清單5試驗二進程管理8

背景知識81、試驗目的112、試驗內容和步驟113、試驗結論134、程序清單13試驗三進程同步的經典算法18

背景知識181、試驗目的192、試驗內容和步驟193、試驗結論204、程序清單21試驗四存儲管理25

背景知識251、試驗目的292、試驗內容和步驟293、試驗結論354、程序清單35試驗五文件和設備管理40

背景知識401、試驗目的422、試驗內容與步驟423、試驗結論45試驗六文件系統(tǒng)設計試驗46

1、試驗目的462、試驗內容與步驟463、試驗結論464、對試驗的改進以及效果47附錄A：參考程序49附錄B：文件系統(tǒng)模擬程序52

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試驗一WINDOWS進程初識

1、試驗目的

（1）學會使用VC編寫基本的Win32ConsolApplication（控制臺應用程序)。（2）把握WINDOWSAPI的使用方法。

（3）編寫測試程序，理解用戶態(tài)運行和核心態(tài)運行。

2、試驗內容和步驟

（1）編寫基本的Win32ConsolApplication

步驟1：登錄進入Windows，啟動VC++6.0。

步驟2：在“FILE〞菜單中單擊“NEW〞子菜單，在“projects〞選項卡中選擇“Win32ConsolApplication〞,然后在“Projectname〞處輸入工程名，在“Location〞處輸入工程目錄。創(chuàng)立一個新的控制臺應用程序工程。

步驟3：在“FILE〞菜單中單擊“NEW〞子菜單，在“Files〞選項卡中選擇“C++SourceFile〞,然后在“File〞處輸入C/C++源程序的文件名。

步驟4：將清單1-1所示的程序清單復制到新創(chuàng)立的C/C++源程序中。編譯成可執(zhí)行文件。

步驟5：在“開始〞菜單中單擊“程序〞-“附件〞-“命令提醒符〞命令，進入Windows“命令提醒符〞窗口，然后進入工程目錄中的debug子目錄，執(zhí)行編譯好的可執(zhí)行程序：

E:\\課程\\os課\\os試驗\\程序\\os11\\debug>hello.exe

運行結果(假使運行不成功，則可能的原因是什么？)：

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

（2）計算進程在核心態(tài)運行和用戶態(tài)運行的時間

步驟1：依照（1）中的步驟創(chuàng)立一個新的“Win32ConsolApplication〞工程，然后將清單1-2中的程序拷貝過來，編譯成可執(zhí)行文件。

步驟2：在創(chuàng)立一個新的“Win32ConsolApplication〞工程，程序的參考程序如清單1-3所示，編譯成可執(zhí)行文件并執(zhí)行。

步驟3：在“命令提醒符〞窗口中運行步驟1中生成的可執(zhí)行文件，測試步驟2中可執(zhí)行文件在核心態(tài)運行和用戶態(tài)運行的時間。

E:\\課程\\os課\\os試驗\\程序\\os12\\debug>timeTEST.exe

步驟4：運行結果(假使運行不成功，則可能的原因是什么？)：

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

步驟5：分別屏蔽While循環(huán)中的兩個for循環(huán)，或調整兩個for循環(huán)的次數(shù)，寫出運行結果。

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屏蔽i循環(huán)：

_______________________________________________________________________________屏蔽j循環(huán)：

_______________________________________________________________________________調整循環(huán)變量i的循環(huán)次數(shù)：

_______________________________________________________________________________調整循環(huán)變量j的循環(huán)次數(shù)：

_______________________________________________________________________________

3、試驗結論

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4、程序清單

清單1-1一個簡單的Windows控制臺應用程序//hello項目

#includevoidmain(){

std::cout#include#include

//當在用戶模式機內核模式下都提供所耗時間時，在內核模式下進行所耗時間的64位計算的幫助方法

DWORDGetKernelModePercentage(constFILETIME

ULONGLONGqwUser=(((ULONGLONG)ftUser.dwHighDateTime)

//釋放指向子進程的引用if(bCreateOK){

CloseHandle(pi.hProcess);CloseHandle(pi.hThread);}}

voidParent(){

//創(chuàng)立“自殺〞互斥程序體

HANDLEhMutexSuicide=CreateMutex(NULL,//缺省的安全性TRUE,//最初擁有的g_szMutexName);//互斥體名稱if(hMutexSuicide!=NULL){

//創(chuàng)立子進程

std::cout1}else{

Parent();}

return0;}

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試驗三進程同步的經典算法

背景知識

Windows2000提供的常用對象可分成三類：核心應用服務、線程同步和線程間通訊。其中，開發(fā)人員可以使用線程同步對象來協(xié)調線程和進程的工作，以使其共享信息并執(zhí)行任務。此類對象包括互鎖數(shù)據(jù)、臨界段、事件、互斥體和信號等。

多線程編程中關鍵的一步是保護所有的共享資源，工具主要有互鎖函數(shù)、臨界段和互斥體等；另一個實質性部分是協(xié)調線程使其完成應用程序的任務，為此，可利用內核中的事件對象和信號。

在進程內或進程間實現(xiàn)線程同步的最便利的方法是使用事件對象，這一組內核對象允許一個線程對其受信狀態(tài)進行直接控制(見表3-1)。

而互斥體則是另一個可命名且安全的內核對象，其主要目的是引導對共享資源的訪問。擁有單一訪問資源的線程創(chuàng)立互斥體，所有想要訪問該資源的線程應當在實際執(zhí)行操作之前獲得互斥體，而在訪問終止時馬上釋放互斥體，以允許下一個等待線程獲得互斥體，然后接著進行下去。

與事件對象類似，互斥體簡單創(chuàng)立、開啟、使用并清除。利用CreateMutex()API可創(chuàng)立互斥體，創(chuàng)立時還可以指定一個初始的擁有權標志，通過使用這個標志，只有當線程完成了資源的所有的初始化工作時，才允許創(chuàng)立線程釋放互斥體。

表3-1用于管理事件對象的APIAPI名稱CreateEvent()OpenEvent()SetEvent()ResetEvent()PulseEvent()描述在內核中創(chuàng)立一個新的事件對象。此函數(shù)允許有安全性設置、手工還是自動重置的標志以及初始時已接受還是未接受信號狀態(tài)的標志創(chuàng)立對已經存在的事件對象的引用。此API函數(shù)需要名稱、繼承標志和所需的訪問級別將手工重置事件轉化為已接受信號狀態(tài)將手工重置事件轉化為非接受信號狀態(tài)將自動重置事件對象轉化為已接受信號狀態(tài)。當系統(tǒng)釋放所有的等待它的線程時此種轉化馬上發(fā)生

為了獲得互斥體，首先，想要訪問調用的線程可使用OpenMutex()API來獲得指向對象的句柄；然后，線程將這個句柄提供給一個等待函數(shù)。當內核將互斥體對象發(fā)送給等待線程時，就說明該線程獲得了互斥體的擁有權。當線程獲得擁有權時，線程控制了對共享資源的訪問——必需設法盡快地放棄互斥體。放棄共享資源時需要在該對象上調用ReleaseMute()API。然后系統(tǒng)負責將互斥體擁有權傳遞給下一個等待著的線程(由到達時間決定順序)。

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1、試驗目的

1)回想系統(tǒng)進程、線程的有關概念，加深對Windows2000線程的理解。

2)了解互斥體對象，通過對生產者消費者等進程間同步與互斥經典算法的實現(xiàn)，加深對P、V原語以及利用P、V原語進行進程間同步與互斥操作的理解。

2、試驗內容和步驟

（1）.生產者消費者問題

步驟1：創(chuàng)立一個“Win32ConsolApplication〞工程，然后拷貝清單3-1中的程序，編譯成可執(zhí)行文件。

步驟2：在“命令提醒符〞窗口運行步驟1中生成的可執(zhí)行文件。運行結果：范例：E:\\課程\\os課\\os試驗\\程序\\os11\\debug>os31(假設編譯生成的可執(zhí)行文件是os31.exe)

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________步驟3：細心閱讀源程序，找出創(chuàng)立線程的WINDOWSAPI函數(shù)，回復以下問題：線程的第一個執(zhí)行函數(shù)是什么（從哪里開始執(zhí)行）？它位于創(chuàng)立線程的API函數(shù)的第幾個參數(shù)中？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________步驟4：修改清單3-1中的程序，調整生產者線程和消費者線程的個數(shù)，使得消費者數(shù)目大與生產者，看看結果有何不同。運行結果：

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________從中你可以得出什么結論：

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________步驟5：修改清單3-1中的程序，按程序解釋中的說明修改信號量EmptySemaphore的初始化方法，看看結果有何不同。運行結果：

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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步驟6：根據(jù)步驟4的結果，并查看MSDN，回復以下問題1）CreateMutex中有幾個參數(shù)，各代表什么含義。

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2）CreateSemaphore中有幾個參數(shù)，各代表什么含義，信號量的初值在第幾個參數(shù)中。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3）程序中P、V原語所對應的實際WindowsAPI函數(shù)是什么，寫出這幾條語句。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4）CreateMutex能用CreateSemaphore替代嗎？嘗試修改程序3-1，將信號量Mutex完全用CreateSemaphore及相關函數(shù)實現(xiàn)。寫出要修改的語句：

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（2）.讀者寫者問題

根據(jù)試驗（1）中所熟悉的P、V原語對應的實際WindowsAPI函數(shù)，并參考教材中讀者、寫者問題的算法原理，嘗試利用WindowsAPI函數(shù)實現(xiàn)第一類讀者寫者問題（讀者優(yōu)先）。

3、試驗結論

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4、程序清單

清單3-1生產者消費者問題#include#include

constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=2;//緩沖區(qū)長度unsignedshortProductID=0;//產品號

unsignedshortConsumeID=0;//將被消耗的產品號

unsignedshortin=0;//產品進緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標unsignedshortout=0;//產品出緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標

intbuffer[SIZE_OF_BUFFER];//緩沖區(qū)是個循環(huán)隊列boolp_ccontinue=true;//控制程序終止HANDLEMutex;//用于線程間的互斥

HANDLEFullSemaphore;//當