操作系统实验指导书(07).doc

操作系统 实验指导书编者：陈洺均桂林电子科技大学信息科技学院二00九年三月实验一 Windows线程的创建与撤销一、实验目的1. 熟悉Windows系统提供的线程创建与撤销系统调用。2. 掌握Windows系统环境下线程的创建与撤销方法。二、实验预备内容（1） 阅读Windows源码文件，加深对线程管理概念的理解；（2） CreateThread( )调用，创建一个线程；ExitThread ( )调用，撤销当前线程；TerminateThread( )终止线程；Sleep( )用于挂起当前正在执行的线程。三、实验内容 正确使用CreateThread()、ExitThread ( )及Sleep( )等系统调用，进一步理解进程与线程理论。用系统调用CreateThread( )创建一个子线程，并在子线程序中显示：Thread is Runing！。为了能让用户清楚地看到线程的运行情况，使用Sleep( )使线程挂起5S，之后使用ExitThread (0)撤销线程。运行结果如下图所示：/ ThreadCreate.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include ThreadCreate.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE = _FILE_;#endif/ The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;void ThreadName1();staticHANDLE hHandle1=NULL;/用于存储线程返回句柄的变量。DWORD dwThreadID1;/用于存储线程标识符的变量。int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)int nRetCode = 0;hHandle1 = CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadName1, (LPVOID) NULL, 0, &dwThreadID1 );代码段1 /将主线程挂起5SCloseHandle(hHandle1);ExitThread(0);return nRetCode;代码段2 /线程对应的函数四、思考（1） 如何向线程对应的函数传递参数？一个参数如何传递，多个参数又如何传递？（2） 深入理解线程与进程的概念，在Windows环境下何时使用进程，何时使用线程。实验二 线程的同步一、实验目的1. 进一步掌握Windows系统环境下线程的创建与撤销。2. 熟悉Windows系统提供的线程同步API。3. 使用Windows系统提供的线程同步API解决实际问题。二、实验预备内容相关API函数介绍（见资料）三、实验内容完成主、子两个线程之间的同步，要求子线程先执行。在主线程中使用系统调用CreateThread（）创建一个子线程。主线程创建子线程后进入阻塞状态，直到子线程运行完毕后唤醒主线程。四、实验指导在Microsoft visual C+ 6.0环境下建立一个MFC支持的控制台工程文件，编写C程序，在程序中使用CreateSemaphore(NULL,0,1,”SemaphoreName1”)创建一个名为”SemaphoreName1”的信号量，信号量的初始值为0，之后使用OpenSemaphore(SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STATE,NULL,”SemaphoreName1”)打开该信号量，这里访问标志用” SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STATE”,以便之后可以使用WaitForSingleObject()等待该信号量及使用ReleaseSemaphore()释放该信号量，然后创建一个子线程，主线程创建子线程后调用WaitForSingle(hHandle1，INFINITE)，这里等待时间设置为INFINITE表示要一直等待下去，直到该信号量被唤醒为止。子线程结束，调用ReleaseSemaphore(hHandle1，1，NULL)释放信号量，使信号量的值加1。主子线程运行情况如下图：/ Semaphore.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include Semaphore.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE = _FILE_;#endif/ The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;static HANDLE h1; /线程句柄static HANDLE hHandle1=NULL; /信号量句柄void func();int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)int nRetCode = 0;DWORDdwThreadID1;DWORD dRes,err;hHandle1 =代码1 /创建一个信号量if (hHandle1=NULL) printf(Semaphore Create Fail!n);else printf(Semaphore Create Success!n);hHandle1 =代码2 /打开信号量if (hHandle1=NULL) printf(Semaphore Open Fail!n);else printf(Semaphore Open Success!n);h1=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)func,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID1); /创建子线程if (h1=NULL) printf(Thread1 create Fail!n);else printf(Thread1 create Success!n);dRes=代码3 /主线程等待子线程结束err=GetLastError();printf(WaitForSingleObject err=%dn,err);if (dRes = WAIT_TIMEOUT)printf(TIMEOUT!dRes=%dn,dRes);else if(dRes=WAIT_OBJECT_0) printf(WAIT_OBJECT!dRes=%dn,dRes);else if(dRes=WAIT_ABANDONED) printf(WAIT_ABANDONED!dRes=%dn,dRes);elseprintf(dRes=%dn,dRes);CloseHandle(h1);CloseHandle(hHandle1);ExitThread(0);return nRetCode;void func()BOOL rc;DWORD err; printf( Now In Thread !n);rc=代码4 /子线程唤醒主线程err=GetLastError();printf(ReleaseSemaphore err=%dn,err);if (rc=0) printf(Semaphore Release Fail!n);else printf(Semaphore Release Success!rc=%dn,rc);五、思考以上程序完成了主、子两个线程执行先后顺序的同步关系，填充代码并思考以下问题：（1） 如何实现多个线程的同步？（2） 若允许子线程执行多次后主线程再执行，又如何设置信号量的初值。实验三 线程的互斥一、实验目的1. 熟练掌握Windows系统环境下线程的创建与撤销。2. 熟悉Windows系统提供的线程互斥API。3. 使用Windows系统提供的线程互斥API解决实际问题。二、实验预备内容相关API函数介绍（见资料）三、实验内容完成两个子线程之间的互斥。在主线程中使用系统调用CreateThread()创建两个子线程，并使用两个子线程互斥地使用全局变量Count。正确使用临界区对象，包括初始化临界区InitializeCriticalSection()、进入临界区EnterCriticalSection()、退出临界区LeaveCriticalSection()及删除临界区DeleteCriticalSection()，进一步理解线程的互斥。四、实验指导在Microsoft visual C+ 6.0环境下建立一个MFC支持的控制台工程文件，编写C程序，在主线程中使用InitializeCriticalSection()初始化临界区，然后建立两个子线程，在两个子线程中使用全局变量count的前、后分别使用EnterCriticalSection()进入临界区及使用LeaveCriticalSection()退出临界区，等两个子线程运行完毕，主线程使用DeleteCriticalSection()删除临界区并撤销线程。运行结果如下图所示：/ Mutex.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include Mutex.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE = _FILE_;#endif/ The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;static int count=5;static HANDLE h1;static HANDLE h2;LPCRITICAL_SECTION hCriticalSection; /定义指向临界区对象的地址指针CRITICAL_SECTION Critical; /定义临界区void func1();void func2();int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)int nRetCode = 0;DWORDdwThreadID1,dwThreadID2;hCriticalSection=&Critical; /将指向临界区对象的地址指针指向临界区InitializeCriticalSection(hCriticalSection); /初始化临界区h1=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)func1,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID1);if (h1=NULL) printf(Thread1 create Fail!n);else printf(Thread1 create Success!n);h2=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)func2,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID2);if (h2=NULL) printf(Thread2 create Fail!n);else printf(Thread2 create Success!n); _sleep(1000);CloseHandle(h1);CloseHandle(h2);代码1 /删除临界区ExitThread(0);return nRetCode;void func2()int r2;代码2 /进入临界区r2=count;_sleep(100);r2=r2+1;count=r2;printf(count in func2=%dn,count);代码3 /退出临界区void func1()int r1;EnterCriticalSection(hCriticalSection);r1=count;_sleep(500);r1=r1+1;count=r1;printf(“count in func1=%dn”,count);LeaveCriticalSection(hCriticalSection);五、思考（1） 上面实验使用临界区对象（CriticalSection）实现的，请试用互斥对象（mutex）来完成。（2） 设计并完成使用前面实验完成的内容解决实际的同步与互斥问题，如生产者与消费者问题、读者与写者问题等。实验四 系统内存使用统计4.1 实验目的（1）了解Windows内存管理机制，理解页式存储管理技术。（2）熟悉Windows内存管理基本数据结构。（3）掌握Windows内存管理基本API的使用。4.2实验内容使用Windows系统提供的函数和数据结构显示系统存储空间的使用情况，当内存和虚拟存储空间变化时，观察系统显示变化情况。4.3实验要求能正确使用系统函数GlobalMemoryStatus（）和数据结构MEMORYSTATUS了解系统内存和虚拟存储空间使用情况，会使用VirtualAlloc（）函数和VirtualFree（）函数分配和释放虚拟存储空间。4.4实验指导在Microsoft Visual C+6.0环境下选择Win32 Console Application建立一个控制台工程文件，由于内存分配、释放及系统存储空间使用情况函数均是Microsoft Windows操作系统的系统调用，因此在图4-1中选择An application that supports MFC。 图 4-14.5源程序/ GetMemoryStatus.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include GetMemoryStatus.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE = _FILE_;#endifvoid GetMemSta(void);/ The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)int nRetCode = 0;LPVOID BaseAddr;char *str;GetMemSta();printf(Now Allocate 32M Virtual Memory and 2M Physical Memorynn);BaseAddr=代码1 /分配虚拟内存(NULL,1024*1024*32,MEM_RESERVE|MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);if (BaseAddr=NULL)printf(Virtual Allocate Failn);str=(char *)代码2 /分配内存GetMemSta();printf(Now Release 32M Virtual Memory and 2M Physical Memorynn);if (代码3) /释放虚拟内存printf(Release Allocate Failn);free(str); /释放内存GetMemSta();return nRetCode;void GetMemSta(void) /统计内存的状态MEMORYSTATUS MemInfo;GlobalMemoryStatus(&MemInfo);printf(Current Memory Status is:n);printf(t Total Physical Memory is %dMBn,MemInfo.dwTotalPhys/(1024*1024);printf(t Available Physical Memory is %dMBn,MemInfo.dwAvailPhys/(1024*1024);printf(t Total Page File is %dMBn,MemInfo.dwTotalPageFile/(1024*1024);printf(t Available Page File is %dMBn,MemInfo.dwAvailPageFile/(1024*1024);printf(t Total Virtual memory is %dMBn,MemInfo.dwTotalVirtual/(1024*1024);printf(t Available Virtual memory is %dMBn,MemInfo.dwAvailVirtual/(1024*1024);printf(t Memory Load is %d% nn,MemInfo.dwMemoryLoad);4.6实验总结观察图4-2所示程序的运行情况，可以看出以下几点。（1）程序开始运行时，显示的可用物理内存为106MB，可用页文件大小为399MB，可用虚拟内存为2021MB。（2）当分别使用函数VirtualAlloc（）和malloc（）分配了32MB虚拟内存和2MB物理内存后，系统显示可用物理内存为104MB，可用页文件大小为365MB，可用虚拟内存为1987MB。（3）当分别使用函数VirtualFree（）和free（）释放了32MB虚拟内存和2MB物理内存后，系统的显示情况又恢复了（1）的情况。 图 4-24.7实验展望从实验结果可以看出，虚拟内存的变化有些误差，请解释原因是什么。如果想了解更详细的虚拟内存情况，如锁定（VirtualLock）、解锁（VirtualUnlock）及保护方式（VirtualProtect）等，如何设计程序来实现？实验五 动态链接库的建立与调用一、实验目的（1） 理解动态链接库的实现原理。（2） 掌握Windows系统动态链接库的建立方法。（3） 掌握Windows环境下动态链接库的调用方法。二、实验预备内容（1） 动态链接库基础知识；（2） 动态链接库入口函数；（3） 动态链接库导入/导出函数；（4） 动态链接库的两种链接方式（隐式链接、显式链接）；（5） 函数调用参数传递约定。三、实验内容（1） 在Windows环境下建立一个动态链接库。（2） 使用隐式调用法调用动态链接库。（3） 使用显式调用法调用动态链接库。四、实验要求掌握动态链接库建立和调用方法。在WindowsXP+Microsoft Visual C+环境下建立一个动态链接库，并分别使用隐式和显式方式将其调用，从而体会使用动态链接库的优点。该实验完成了动态链接库的建立和调用。函数Add（）和Sub（）在动态链接库文件SimpleDll.cpp中，分别完成两个整数的相加和相减。而调用该动态链接库的程序文件是CallDll.cpp，程序运行结果如下：/ SimpleDll.cpp : Defines the entry point for the DLL application./#include stdafx.hextern C _declspec(dllexport) int Add(int x,int y);extern C _declspec(dllexport) int Sub(int x,int y);BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) return TRUE;int Add(int x,int y)代码1 /加法定义int Sub(int x,int y)代码2 /减法定义/隐式调用动态链接库的程序/ CallDll.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.hextern C _declspec(dllimport) int Add(int x,int y);extern C _declspec(dllimport) int Sub(int x,int y);int main(int argc, char* argv)int x=7; int y=6;int add=0;int sub=0;printf(Call Dll Now!n);add=代码3;sub=代码4; /隐式调用动态链接库printf( 7+6=%d ,7-6=%dn,add,sub);return 0;/显式调用动态链接库的程序/ CallDllAddress.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include CallDllAddress.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE = _FILE_;#endif/ The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)int s;int nRetCode = 0;typedef int (*pAdd)(int x,int y);typedef int (*pSub)(int x,int y);HMODULE hDll;pAdd add;pSub sub;hDll=LoadLibrary(SimpleDll.dll); /加载动态链接库文件 if(hDll=NULL)printf(LoadLibrary Error.n);return nRetCode;else printf(LoadLibrary Success.n);add=代码5; /得到动态链接库中函数Add（）的内部地址 s=代码6; /显式调用printf(6+2=%dn,s);sub=代码7; /得到动态链接库中函数Sub（）的内部地址s=代码8; /显式调用printf(6-2=%dn,s);FreeLibrary(hDll); /释放动态链接库return nRetCode;四、思考 本实验介绍了在WindowsXP+Microsoft Visual C+6.0环境下建立与调用动态链接库的方法，使用动态链接库，除了可以节省内存空间、实现代码共享之外，还可以实现多种编程语言书写的程序相互调用。同学们在完成上述实验的基础上，可以自学完成其它语言如Java书写的程序调用Visual C+建立动态链接库，从中体会多种语言编程给程序员带来的方便。实验六 采用高速缓存实现文件读/写一、实验目的（1）了解Windows系统文件高速缓存的概念。（2）熟悉Windows系统文件读/写相关API。（3）掌握采用缓冲方式实现文件读/写相关参数的设置。二、实验内容建立一个函数，使用该函数将源文件source.txt中的内容读出，再写到目标文件sequential.txt中去。三、实验要求采用高速缓存方式完成文件的读/写。四、实验指导由于要采用高速缓存进行文件操作，在使用函数CreateFile（）建立文件时，其dwFlagsAndAttributes应选用FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN。该实验完成缓冲方式的文件读/写操作。先创建两个文件，即source.txt和sequential.txt，然后反复从文件source.txt中读出数据块，并写到文件sequential.txt中去，直到文件尾为止。参考程序/ File_Senquential_Scan.cpp : Defines the entry point for the console application./#include stdafx.h#include File_Senquential_Scan.h#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FIL