操作系统实验及其参考答案完整版.docx
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操作系统实验及其参考答案完整版
实验1
进程的描述与控制
Windows2000编程
(实验估计时间:
100分钟)
1.1背景知识
Windows2000可以识别的应用程序包括控制台应用程序、GUI应用程序和服务应用程序。
控制台应用程序可以创建GUI,GUI应用程序可以作为服务来运行,服务也可以向标准的输出流写入数据。
不同类型应用程序间的惟一重要区别是其启动方法。
Windows2000是以NT技术构建的,它提供了创建控制台应用程序的能力,使用户可以利用标准的C++工具,如iostream库中的cout和cin对象,来创建小型应用程序。
当系统运行时,Windows2000的服务通常要向系统用户提供所需功能。
服务应用程序类型需要ServiceMail()函数,由服务控制管理器(SCM)加以调用。
SCM是操作系统的集成部分,负责响应系统启动以开始服务、指导用户控制或从另一个服务中来的请求。
其本身负责使应用程序的行为像一个服务,通常,服务登录到特殊的LocalSystem账号下,此账号具有与开发人员创建的服务不同的权限。
当C++编译器创建可执行程序时,编译器将源代码编译成OBJ文件,然后将其与标准库相链接。
产生的EXE文件是装载器指令、机器指令和应用程序的数据的集合。
装载器指令告诉系统从哪里装载机器代码。
另一个装载器指令告诉系统从哪里开始执行进程的主线程。
在进行某些设置后,进入开发者提供的main()、Servicemain()或WinMain()函数的低级入口点。
机器代码中包括控制逻辑,它所做的事包括跳转到WindowsAPI函数,进行计算或向磁盘写入数据等。
Windows允许开发人员将大型应用程序分为较小的、互相有关系的服务模块,即动态链接库(DLL)代码块,在其中包含应用程序所使用的机器代码和应用程序的数据。
1.2实验目的
通过对Windows2000编程,进一步熟悉操作系统的基本概念,较好地理解Windows2000的结构。
1.3工具/准备工作
在开始本实验之前,请回顾教科书的相关内容。
您需要做以下准备:
1)一台运行Windows2000Professional操作系统的计算机。
2)计算机中需安装VisualC++6.0专业版或企业版。
1.4实验内容与步骤
(1)、简单的控制台应用程序
我们先来创建一个名为“Hello,World”的应用程序。
步骤1:
登录进入Windows2000Professional。
步骤2:
利用输入输出类iostream和std:
:
cout编写一个控制台小程序,在屏幕上显示“hello,windows2000”,并把代码保存为1-1.cpp。
步骤3:
在“开始”菜单中单击“程序”、“附件”、“命令提示符”,进入Windows“命令提示符”窗口,并利用简单的标准命令行:
C:
\>CL1-1.cpp
来创建可执行的1-1.exe。
操作能否正常进行?
如果不行,原因是什么?
不能,因为没有设置环境变量,无法用cl命令
步骤4:
运行1-1.exe程序,产生用户键入的一行文字。
运行结果(如果运行不成功,原因是什么?
):
(2)、GUI应用程序
在下面的实验中,用C++编译器创建一个GUI应用程序,代码应包括WinMain()方法,这是GUI类型的应用程序的标准入口点。
步骤1:
用Windows.h头文件、WinMain()、MessageBox()API函数、用pragma指令指示编译器/连接器找到User32.lib库文件编写一段小程序,在屏幕上显示一个窗口,消息框中显示“Hello,Windows2000",消息框标是用"Greeting",消息框中设一个“OK”按钮,代码保存为1-2.cpp
步骤2:
在“命令提示符”窗口运行CL.exe,产生1-2.exe文件:
C:
\>CL1-2.cpp
运行结果:
3、进程对象
操作系统将当前运行的应用程序看作是进程对象。
利用系统提供的惟一的称为句柄(HANDLE)的号码,就可与进程对象交互,这一号码只对当前进程有效。
本实验编写一个简单的进程句柄的应用,在系统中运行的任何进程都可调用GetCurrentProcess()API函数,返回标识进程本身的句柄;再利用GetPriorityClass()获得进程的优先级,用cout函数在屏幕上把得到的进程优先级在屏幕上显示出来。
步骤1:
将程序键入记事本中,并把代码保存为1-3.cpp
步骤2:
在“命令提示符”窗口运行CL.exe,产生1-3.exe文件:
C:
\>CL1-3.cpp
运行结果
步骤3:
编写一段程序,利用句柄查出进程的详细信息,首先利用Windows2000的新特性工具帮助库tlhelp.h来获得当前运行的所有进程的快照。
然后应用程序进入快照中的每一个进程,得到其以PROCESSENTRY32结构表示的属性,这一结构用来向OpenProcess()API函数提供进程的ID。
Windows跟踪每一进程的有关时间,通过打开的进程句柄和GetProcessTime()API来查询得到有关时间。
然后计算进程在内核模式下消耗的时间占总时间的百分比。
将程序键入记事本中,并把代码保存为1-4.cpp。
步骤4:
在“命令提示符”窗口运行CL.exe,产生1-4.exe文件:
C:
\>CL1-4.cpp
运行结果:
1.5实验总结
1.在不借助VC6.0直接用命令提示符窗口用cl命令编译cpp文件时,首先要设置环境变量,方法是,先找到cl.exe,在命令提示符窗口运行其中的名为VCVARS32的bat文件,然后将编辑好的cpp文件复制到其文件夹下,再用cl文件名.cpp命令就可编译生成exe文件了。
2.用GetCurrentProcess()函数可获取当前进程的一个伪句柄,用GetPriorityClass()函数可获取特定进程的优先级别,OpenProcess()函数可以打开一个已存在的进程对象,并返回进程的句柄。
1.6实验评价(教师)
实验2
进程的描述与控制
Windows2000进程的一生
(实验估计时间:
100分钟)
2.1背景知识
Windows2000所创建的每个进程都从调用CreateProcess()API函数开始,该函数的任务是在对象管理器子系统内初始化进程对象。
每一进程都以调用ExitProcess()或TerminateProcess()API函数终止。
通常应用程序的框架负责调用ExitProcess()函数,对于C++运行库来说,这一调用发生在应用程序的main()函数返回之后。
1.创建进程
CreateProcess()调用的核心参数是可执行文件运行时的文件名及其命令行。
表2-1详细地列出了每个参数的类型和名称。
表2-1实验记录
参数名称
使用目的
LPCTSTRlpApplivationNAME
全部或部分地指明包括可执行代码的EXE文件的文件名
LPCTSTRlpCommandLine
向可执行文件发送的参数
LPSECURIITY_ATTRIBUTES
lpProcessAttributes
返回进程句柄的安全属性,主要指明这一句柄是否应该由其他子进程所继承。
LPSECURIITY_ATTRIBUTES
lpThreadAttributes
返回进程的主线程的句柄的安全属性
BOOLbInheritHandle
一种标志,告诉系统允许新进程继承创建者进程的句柄
DWORDdwCreationFlage
特殊的创建标志(如CREATE_SUSPENDED)的位标记
LPVOIDlpEnvironment
向新进程发送的一套环境变量;如为null值则发送调用者环境
LPCTSTRlpCurrentDirectory
新进程的启动目录
STARTUPINFOlpStartupInfo
STARTUPINFO结构,包括新进程的输入和输出配置的详情
LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation
调用的结果块;发送新应用程序的进程和主线程的句柄和ID
可以指定第一个参数,即应用程序的名称,其中包括相对于当前进程的当前目录的全路径或者利用搜索方法找到路径;lpCommandLine参数允许调用者向新应用程序发送数据;接下来的三个参数与进程和它的主线程以及返回的指向该对象的句柄的安全性有关。
然后是标志参数,用以在dwCreationFlags参数中指明系统应该给予新进程什么行为。
经常使用的标志是CREATE_SUSPNDED,告诉主线程立刻暂停。
当准备好时,应该使用ResumeThread()API来启动进程。
另一个常用的标志是CREATE_NEW_CONSOLE,告诉新进程启动自己的控制台窗口,而不是利用父窗口,这一参数还允许设置进程的优先级,用以向系统指明,相对于系统中所有其他的活动进程来说,给此进程多少CPU时间。
接着是CreateProcess()函数调用所需要的三个通常使用缺省值的参数,第一个参数是lpEnvironment参数,指明为新进程提供的环境;第二个参数是lpCurrentDirectory,可用于向主创进程发送与缺省目录不同的新进程使用的特殊的当前目录;第三个参数是STARTUPINFO数据结构中所必需的,用于在必要时指明新应用程序的主窗口的外观。
CreateProcess()的最后一个参数是用于新进程对象及其主线程的句柄和ID的返回值缓冲区,以PROCESS_INFORMATION结构中返回的句柄调用Close_Handle()API函数是重要的,因为如果不将这些句柄关闭的话,有可能危及主创进程终止之前的任何未释放的资源。
2.正在运行的进程
如果一个进程程拥有至少一个执行线程,则为正在系统中运行的进程。
通常这种进程使用主线程来指示它的存在,当主线程结束时,调用Exitprocess()API函数,通知系统终止它所拥有的所有正在运行、准备运行或正在挂起的其他线程。
当进程正在运行时,可以查看它的许多特性,其中少数特性也允许加以修改。
首先可查看的进程特性是系统进程标识符(PID),可利用GetCurrentProcessId()API函数来查看,与GetCurrentProcess()相似,对该函数的调用不能失败,但返回的PID在整个系统中都可使用,其他可显示当前进程信息的API函数还有GetStartInfo()和GetprocessShutdownParameters(),可给出进程存活期内的配置详情。
通常,一个进程需要它运行期环境的信息,例如API函数GetModuleFileName()和GetcommandLine(),可以给出CreateProcess()中的参数以启动应用程序。
在创建应用程序时可使用的另一个API函数是IsDebuggerPresent()。
可利用API函数GetGuiResources()来查看进程的GUI资源,此函数既可返回指定进程中的打开的GUI对象的数目,也可返回指定进程中打开的USER对象的数目。
进程的其他性能信息可通过GetProcessIoCounters()、GetProcessPriorityBoost()、GetProcessTimes()和GetProcessWorkingSetSize()API得到,以上这几个API函数都只需要具有PROCESS_QUERY_INFORMATION访问权限的指向所感兴趣进程的句柄。
另一个可用于进程信息查询的API函数是GetProcessVersion(),此函数只需感兴趣进程的PID(进程标识号)。
3.终止进程
所有进程都是以调用ExitProcess()或者TerminateProcess()函数结束的,但最好使用前者而不要使用后者,因为进程是在完成了它的所有的关闭“职责”之后以正常的终止方式来调用前者的。
而外部进程通常调用后者即突然终止进程的进行,由于关闭时的途径不太正常,有可能引起错误的行为。
TerminateProcess()API函数只要打开带有PROCESS_TERMINATE访问权的对象,就可以终止进程,并向系统返回指定的代码,这是一种“野蛮”的终止进程的方式,但是有时却是需要的。
如果开发人员确实有机会来设计“谋杀”(终止别的进程的进程)和“受害”进程(被终止的进程)时,应该创建一个进程间通信的内核对象,如一个互斥程序,这样一来,“受害”进程只在等待或同期性地测试它是否应该终止。
2.2实验目的
1)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Windows2000进程的“一生”。
2)通过编写和分析实验程序,学习创建进程、观察进程和终止进程的程序设计方法。
2.3工具/准备工作
在开始本实验之前,请回顾教科书的相关内容。
您需要做以下准备:
1)一台运行Windows2000Professional操作系统的计算机。
2)计算机中需安装VisualC++6.0专业版或企业版。
2.4实验内容与步骤
请回答:
Windows所创建的每个进程都是以调用CreateProcess()API函数开始和以调用ExitProcess()或TerminateProcess()API函数终止。
1、创建进程
本实验学习创建进程的基本框架。
该程序要求启动自身,显示它的系统进程ID和它在进程列表中的位置。
步骤1:
登录进入Windows2000Professional。
步骤2:
在“开始”菜单中单击“程序”、“MicrosoftVisualStudio6.0”“MicrosoftVisualC++6.0”,进入VisualC++窗口。
步骤3:
在工具栏单击“新建”按钮,输入代码保存为2-1.cpp。
参考类和函数:
windows.h、iostream、stdio.h、StartClone()、GetModuleFileName、ZeroMemory。
步骤4:
单击“Build”菜单中的“Compile2-1.cpp”命令,对2-1.cpp进行编译。
步骤5:
编译完成后,单击“Build”菜单中的“Build2-1.exe”命令,建立2-1.exe可执行文件。
操作能否正常进行,如果不行,原因是什么?
能正常进行
步骤6:
在工具栏单击“Executeprogram”按钮,或者按Ctrl+F5键,或者单击“Build”菜单中的“Execute2-1.exe”命令,执行2-1.exe程序。
步骤7:
按Ctrl+S键可暂停程序的执行,按Ctrl+Pause(Break)键可终止程序的执行。
程序运行时屏幕显示的信息是:
创建了26个CloneID为0-26的进程,最终结束后25个只留第一个
2.正在运行的进程
本实验用进程信息查询的API函数GetProcessVersion()与GetVersionEx(),确定运行进程的操作系统的版本号。
步骤1:
在工具栏单击“新建”按钮,编写代码保存为2-2.cpp。
步骤2:
单击“Build”菜单中的“Compile2-2.cpp”命令,系统对2-2.cpp进行编译。
步骤3:
编译完成后,单击“Build”菜单中的“Build2-2.exe”命令,建立2-2.exe可执行文件。
操作能否正常进行,如果不行,原因是什么?
能正常进行
步骤4:
在工具栏单击“Executeprogram”按钮,执行2-2.exe程序。
运行结果:
当前PID信息:
2304,requiresOS:
10
当前操作系统版本:
5.1
系统提示信息:
TaskManagershouldnowindicatethisprocessishighpriority.
除了改变进程的优先级以外,还可以对正在运行的进程执行几项其他的操作,只要获得其进程句柄即可,SetProcessAffinityMask()API函数允许开发人员将线程映射到处理器上;SetProcessAffinityBoost()API可关闭前台应用程序优先级的提升;而SetProcessWorkingSet()API可调节进程可用的非页面RAM的容量;还有一个只对当前进程可用的API函数,即SetProcessShutdownParameters(),可告诉系统如何终止该进程。
3.终止进程
步骤1:
在工具栏单击“新建”按钮,编写代码保存为2-3.cpp。
步骤2:
单击“Build”菜单中的“Compile2-3.cpp”命令,再单击“是”按钮确认,系统对2-3.cpp进行编译。
步骤3:
编译完成后,单击“Build”菜单中的“Build2-3.exe”命令,建立2-3.exe可执行文件。
操作能否正常进行,如果不行,原因是什么?
能正常进行
步骤4:
在工具栏单击“Executeprogram”按钮,执行2-3.exe程序。
运行结果及说明:
运行先创建一个父进程,由父进程创建一个子进程,并且父进程在过5秒钟后结束子进程。
2.5实验总结
1.学到进程创建的过程、运行的过程和结束的过程,进一步熟悉了操作系统中进程概念。
学会运用CreateProcess()函数、Exitprocess()API函数、ExitProcess()等函数,创建进程、观察进程和终止进程的程序设计方法,以及父进程创建和结束一个子进程的方法。
2.CreateProcess()函数用来创建一个新的进程和它的主线程,这个新进程运行指定的可执行文件。
函数原型为:
BOOLCreateProcess
(
LPCTSTRlpApplicationName,
LPTSTRlpCommandLine,
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpProcessAttributes。
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,
BOOLbInheritHandles,
DWORDdwCreationFlags,
LPVOIDlpEnvironment,
LPCTSTRlpCurrentDirectory,
LPSTARTUPINFOlpStartupInfo,
LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation
);
各参数含义:
lpApplicationName指向一个NULL结尾的、用来指定可执行模块的字符串;
lpCommandLine指向一个NULL结尾的、用来指定要运行的命令行;
lpProcessAttributes指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构体;
lpThreadAttributes指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构体;
bInheritHandles指示新进程是否从调用进程处继承了句柄;
dwCreationFlags指定附加的、用来控制优先类和进程的创建的标志;
dwCreationFlags用来控制新进程的优先类,优先类用来决定此进程的线程调度的优先级;
lpEnvironment指向一个新进程的环境块;
lpCurrentDirectory指向一个以NULL结尾的字符串,这个字符串用来指定子进程的工作路径;
lpStartupInfo指向一个用于决定新进程的主窗体如何显示的STARTUPINFO结构体;
lpProcessInformation指向一个用来接收新进程的识别信息的PROCESS_INFORMATION结构体。
2.6实验评价(教师)
实验3
进程的同步与通信
Windows2000线程同步
(实验估计时间:
100分钟)
3.1背景知识
Windows2000提供的常用对象可分成三类:
核心应用服务、线程同步和线程间通信,其中,开发人员可以使用线程同步对象来协调线程和进程的工作,以使其共享信息并执行任务。
此类对象包括互锁数据、临界区、事件、互斥信号量等。
多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源,工具主要有互锁函数、临界区和互斥信号量等;另一个实质性部分是协调线程使其完成应用程序的任务,为此,可利用内核中的事件对象和信号。
在进程内或进程间实现线程同步的最方便的方法是使用事件对象,这一组内核对象允许一个线程对其受信状态进行直接控制(见表3-1)。
表3-1用于管理事件对象API
API名称
描述
CreateEvent()
在内核中创建一个新的事件对象。
此函数允许有安全性设置、手工还是自动重置的标志以及初始时已接收还是未接收信号状态的标志。
OpenEvent()
创建对已经存在的事件对象的引用。
此API函数需要名称、继承标志和所需的访问级别。
SetEvent()
将手工重置事件转化为已接收信号状态。
ResetEvent()
将手工重置事件转化为非接收信号状态。
PulseEvnt()
将自动重置事件对象转化为已接收信号状态。
当系统释放所有的等待它的线程时此种转化立即发生。
与事件对象类似,互斥信号量容易创建、打开、使用并清除。
利用CreateMutex()API函数可创建互斥信号量,创建时还可以指定一个初始的拥有权标志,通过使用这个标志,只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时,才允许创建线程释放互斥信号量。
为了获得互斥信号量,首先,想要访问调用的线程可使用OpenMutex()API函数来获得指向对象的句柄;然后,线程将这个句柄提供给一个等待函数。
当内核将互斥信号量对象发送给等待线程时,就表明该线程获得了互斥信号量的拥有权。
当线程获得拥有权时,线程控制了对共享资源的访问——必须设法尽快地放弃互斥信号量。
放弃共享资源时需要在该对象上调用ReleaseMutex()API。
然后系统负责将互斥信号量拥有权传递给下一个等待着的线程(由到达时间决定顺序)。
3.2实验目的
在本实验中,通过对事件和互斥信号量对象的了解,加深对Windows2000线程同步的理解。
1)回顾系统进程、线程的有关概念,加深对Windows2000的理解。
2)了解事件和互斥信号量对象。
3)通过分析实验程序,了解管理事件对象的API。
4)了解在进程中如何使用事件对象。
5)了解在进程中如何使用互斥信号量对象。
6)了解父进程创建子进程的程序设计方法。
3.3工具/准备工作
在开始本实验之前,请回顾教科书的相关内容。
您需要做以下准备:
1)一台运行Windows2000Professional操作系统的计算机。
2)计算机中需安装VisualC++6.0专业版或企业版。
3.4实验内容与步骤
1.事件对象
在进程间使用事件。
父进程启动时,利用CreateEvent()API创建一个命名的、可共享的子进程,然后等待子进程向事件发出信号并终止父进程。
在创建时,子进程通过OpenEvent()API打开事件对象,调用SetEvent()API使其转化为已接收信号状态。
两个进程在发出信号
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