大学操作系统实验报告
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。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”。
三、实验内容和步骤
第一部分：
Windows2000Professional下的GUI应用程序，使用V isualC++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1-1Windows2000的GUI应用程序
也可以利用任何其他文本编辑器键入程序代码，如果这样，例如使用WORD来键入和编辑程序，则应该注意什么问题？保存时，将文件保存为扩展名为*.cpp的C++源文件。
在程序1-1的GUI应用程序中，首先需要Windows.h头文件，以便获得传送给WinMain()和MessageBox()API 函数的数据类型定义。
接着的pragma指令指示编译器/连接器到User32.LIB库文件并将其与产生的EXE文件连接起来。这样就可以运行简单的命令行命令CLMsgBox.CPP来创建这一应用程序，如果没有pragma指令，则MessageBox()API 函数就成为未定义的了。这一指令是V isualStudioC++编译器特有的。
接下来是WinMain()方法。其中有四个由实际的低级入口点传递来的参数。hInstance参数用来装入与代码相连的图标或位图一类的资源，无论何时，都可用GetModuleHandle()API函数将这些资源提取出来。系统利用实例句柄来指明代码和初始的数据装在内存的何处。句柄的数值实际上是EXE文件映像的基地址，通常为0x00400000。下一个参数hPrevInstance是为向后兼容而设的，现在系统将其设为NULL。应用程序的命令行(不包括程序的名称)是lpCmdLine参数。另外，系统利用nCmdShow参数告诉应用程序如何显示它的主窗口(选项包括最小化、最大化和正常)。
最后，程序调用MessageBox()API函数并退出。如果在进入消息循环之前就结束运行的话，最后必须返回0。
运行结果：
弹出一个消息框，标题为Greetings，内容为Hello,WindowsXp，中间有一个确认按钮。
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。
本实验表示了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，此函数可返回标识进程本身的句柄。然后就可在Windows需要该进程的有关情况时，利用这一句柄来提供。
程序1-2：获得和使用进程的句柄
程序1-2中列出的是一种获得进程句柄的方法。对于进程句柄可进行的惟一有用的操作是在API调用时，将其作为参数传送给系统，正如程序1-2中对GetPriorityClass()API函数的调用那样。在这种情况下，系统向进程对象内“窥视”，以决定其优先级，然后将此优先级返回给应用程序。
OpenProcess()和CreateProcess()API函数也可以用于提取进程句柄。前者提取的是已经存在的进程的句柄，而后者创建一个新进程，并将其句柄提供出来。
1-2.cpp的运行结果：
进程优先权为Normal。
程序1-3显示如何出系统中正在运行的所有进程，如何利用OpenProcess()API函数来获得每一个访问进程的进一步信息。
程序1-3利用句柄查出进程的详细信息
程序1-3程序首先利用Windows2000的新特性，即工具帮助库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，示例中是通过打开的进程句柄和GetProcessTimes()API来直询得到有关时间的。接下来，一个定制的帮助函数取得了几个返回的数
值，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。程序的其余部分比较简单，只是将有关信息显示给用户，清除进程句柄，然后继续循环，直到所有进程都计算过为止。
运行结果：
第二部分：进程的“一生”
1、创建进程
创建子进程
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：行为像一个子进程的标志，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5个核心参数？本实验程序中设置的各个参数的值是：
a.(LPCTSTRlpApplicationName)szFilename,//产生这个EXE的应用程序的名称；
b.(LPTSTRlpCommandLine)szCmdLine,//告诉其行为像一个子进程的标志；
c.(BOOLbInheritHandles)FALSE,//不继承句柄；
d.(LPSTARTUPINFOlpStartupInfo)&si,//启动信息；
e.(LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation)&pi);//返回的进程信息；
程序运行时屏幕显示的信息是：
2、正在运行的进程
使用进程和操作系统的版本信息
运行结果：
当前PID信息：_4664
当前操作系统版本：5.1(我的操作系统为WindowsXP)
系统提示信息：TaskManagershouldnownowindicatethisprocessishighpriority．
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GetV ersionEx()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:5.0”表示当前运行的操作系统是：Windows2000。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Windows2000。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？没有。
3、终止进程
指令其子进程来“杀掉”自己的父进程
程序说明了一个进程从“生”到“死”的整个一生。第一次执行时，它创建一个子进程，其行为如同“父亲”。在创建子进程之前，先创建一个互斥的内核对象，其行为对于子进程来说，如同一个“自杀弹”。当创建子进程时，就打开了互斥体并在其他线程中进行别的处理工作，同时等待着父进程使用ReleaseMutex()API发出“死亡”信号。然后用Sleep()API调用来模拟父进程处理其他工作，等完成时，指令子进程终止。
当调用ExitProcess()时要小心，进程中的所有线程都被立刻通知停止。在设计应用程序时，必须让主线程在正常的C++运行期关闭(这是由编译器提供的缺省行为)之后来调用这一函数。当它转向受信状态时，通常可创建一个每个活动线程都可等待和停止的终止事件。
在正常的终止操作中，进程的每个工作线程都要终止，由主线程调用ExitProcess()。接着，管理层对进程增加的所有对象释放引用，并将用GetExitCodeProcess()建立的退出代码从STILL_ACTIVE改变为在ExitProcess()调用中返回的值。最后，主线程对象也如同进程对象一样转变为受信状态。
等到所有打开的句柄都关闭之后，管理层的对象管理器才销毁进程对象本身。还没有一种函数可取得终止后的进程对象为其参数，从而使其“复活”。当进程对象引用一个终止了的对象时，有好几个API函数仍然是有用的。进程可使用退出代码将终止方式通知给调用GetExitCodeProcess()的其他进程。同时，GetProcessTimes()API 函数可向主调者显示进程的终止时间。
运行结果：
1)_Creatingthechildprocess._
Childwaitingforsuicideinstructions.
表示：_父进程正在创建子进程。子进程等待父进程杀死子进程。_
2)_Tellingthechildprocesstoquit.__
表示：_父进程杀死子进程。_
四、实验总结
请总结一下本次实验的收获、教训和感受，结合课本内容谈一下你对进程的理解。
进程间通信实验总结本次实验让我明白进程是程序的一次执行过程，是系统进行处理机调度和资源分配的基本单位。（未引入线程之前）。进程是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前状态和一组相关的系
统资源所描述的活动单元，对父进程和子进程的关系有了进一步的了解。
实验二并发与调度
1、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Windows2000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。
二、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)。
1、利用互斥体保护共享资源
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。
1)请描述运行结果(如果运行不成功，则可能的原因是什么？)：
两个线程交替运行，不断改变value的值。两个线程互斥访问Value的值。
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：
线程1（5296）先运行，将value值增1，变为1。然后，线程2（6016）运行，将value值减1，变为0.
第二部分：线程通过文件对象发送数据
Windows2000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。
1、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？)：
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？
100
2)使用了哪个系统API函数来创建线程例程？
CreateThread()
3)文件的读和写操作分别使用了哪个API函数？
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？
SetFilePointer()
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：
首先创建一个线程，读nV alue的值，然后nV alue值加一后，将nValue值重新写入文件。重复上述过程100次。
2、演示使用映射文件的内存交换数据的线程
阅读和分析程序，请回答：
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.MapV iewOfFile()
b.UnmapV iewOfFile()
3)运行时，程序首先通过(MakeSharedFile();)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(MapV iewOfFile();)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：++(*pnData);)，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的语句是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？
有变化。100个线程一闪而过，不能看清结果。
因为Sleep(500)是为了放慢速度，方便观察。
四、实验总结
请总结一下本次实验的收获、教训和感受，结合课本内容谈一下你对进程间控制的理解。
本次实验让我明白了操作系统中的事件和互斥体对象，以及线程同步的概念。学习了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。当多个进程并发执行时，若我们不指定进程之间并发的顺序，则他们可以任意并发，当这些进程没有访问互斥元素时，运行结果不会出现错误，但是当多个进程访问同一个互斥体时，就会出现错误，这时我们必须通过某种手段来同步进程间并发的顺序，这便是进程间的同步问题。
还有，并发执行的进程或线程间，有时为了需要，会相互之间进行数据的交换，即进程间通信，Windows 中，可以通过文件对象在线程间发送数据。还可以使用映射文件的内存交换数据。
实验三生产者-消费者算法模拟实验
一、实验目的
1、掌握基本的互斥与同步算法，进一步理解“生产者-消费者”模型。
2、通过对“生产者-消费者”问题编程实现，了解线程创建、同步信号量、互斥信号量、临界区的创建和使用，初步了解并发程序设计方法。
3、进一步理解P、V原语和信号量在线程互斥和同步机制中的运用。
二、实验内容和步骤
1、在本次实验开始，以“生产者-消费者”模型为依据，提供了一个多线程“生产者-消费者”实例，有部分源程序代码，要求读者分析已编制的一个“生产者-消费者”实例，并将其缺失的程序代码补充完整，然后调试这段程序，得出最终的结果，并分析结果，得出相应的结论。
尝试改变一些参数，例如：改变缓冲区数、增加（减少）线程数、改变延迟数、增加（减少）生产者进程、增加（减少）消费者进程、改变消费者进程的请求序列等内容，考察这些改变对于运行结果的影响。
3、参考部分源程序代码：
1、empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,
"semaphore_for_empty");
2、h_mutex =CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update");
3、h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());
4、h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_STAR T_ROUTINE)(Produce),
&(Thread_Info[i]),0,NULL);