《操作系统》实验指导手册

1、操作系统实验指导书成都理工大学工程技术学院 计算机科学与技术系2012.3目 录实验一 熟悉Windows2000/XP中的进程和线程实验二 编程实现进程的控制实验三 Windows中的线程与线程同步现象实验四 操作系统中的经典线程同步问题实验五 死锁避免银行家算法的实现实验六 Windows内存管理实验七 分页内存管理算法模拟实验八 页面置换算法的模拟实现实验九 磁盘调度中的电梯调度算法实现实验十 Windows中的消息机制实验一 熟悉Windows2000/XP中的进程和线程一、实验目的1、熟悉Windows2000/XP中任务管理器的使用。2、通过任务管理器识别操作系统中的进程和线程的相

2、关信息。 3、掌握利用spy+.exe来察看Windows中各个任务的更详细信息。二、实验理论基础及教材对应关系1、实验理论基础：（1） 操作系统中的进程和线程的概念；（2） 进程PCB的各项指标含意；2、本实验内容主要对应于教材第2章。三、实验内容与步骤1、 启动操作系统自带的任务管理器：方法：直接按组合键Ctrl+Alt+Del，或者是在点击任务条上的“开始”“运行”，并输入“taskmgr.exe”。如下图所示：2、 调整任务管理器的“查看”中的相关设置，显示关于进程的以下各项信息，并完成下表（填满即可）：表一：统计进程的各项主要信息序号进程名称进程ID线程数量占用内存优先级占CPU时间

3、虚拟内存1FrzState2k.exe402816052k标准0:00:007640k2alg.exe384063652k标准0:00:001252k3Svchost.exe348013524k标准0:00:001324k4Student.exe31561432908k标准0:00:1524500k5WINWORD.EXE3100858672k标准0:00:1437056k6taskmgr.exe307235756k高0:00:022036k7Conime.exe297612784k标准0:00:001008k8UpdateSvxClt.exe281635012k标准0:00:001736k3

4、、 从桌面启动办公软件“Word”，在任务管理器中找到该软件的登记，并将其结束掉。再从任务管理器中分别找到下列程序：winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe，试着结束它们，观察到的反应是 ，原因是 。4、 在任务管理器中找到进程“explorer.exe”，将之结束掉，并将桌面上你打开的所有窗口最小化，看看你的计算机系统起来什么样的变化 、得到的结论是 （说出explorer.exe进程的作用）。5、运行“spy+.exe”应用软件，点击按钮“”，切换到进程显示栏上，查看进程“explorer.exe”的各项信息，并填写下表：表二：统计线程的各项信息进

5、程：explorer.exe 中的各个线程序号进程ID线程ID基本优先级当前优先级CPU时间上下文开关10000000000000000001:54:59.828370710720000000000000000002:08:05.906418324330000000400000008000:00:25.5938352354000000040000001013130:00:01.437 4970065000000040000001413130:00:01.2964706716000000040000001813130:00:00.296772367000000040000001c13130:00

6、:00.00014398000000040000002013130:00:01.8435647249000000040000002412120:00:00.000610000000040000002812120:00:00.2966241111000000040000002c12130:00:00.7039248312000000040000003012120:00:00.54615243913000000040000003412130:00:00.03155914000000040000003812130:00:00.625652746、注意某些线程前有“”，如图所示：，说明二者之间的差异是

7、 。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验二 编程实现进程的控制一、实验目的1、进一步掌握进程的相关概念2、掌握Windows2000/XP有关进程操作的API函数的使用。3、了解进程的地址空间的含义。二、实验理论基础及教材对

8、应关系1、实验理论基础：（1）操作系统中的进程和线程的概念；（2）进程的各种控制；2、本实验内容主要对应于教材第2章和第3章的内容。三、实验内容与步骤1、启动应用程序“Process Information.exe”，应出现下面的界面：2、依次改变上图中“下拉组合框”的选项，读出界面中显示的各项信息，并完成下表（填满即可）：（统计中要包含winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe等应用程序）表一：统计进程的一些信息序号进程名称进程ID父进程ID优先级线程数Heaps数量模块数量123456783、从上表中观察“进程ID”和“父进程ID”两栏，总结并画出下

9、列程序间的亲缘关系：winlogon.exe、lsass.exe、csrss.exe、smss.exe。4、打开“ProcessInfo”工程文件，打开文件“ProcessInfo.cpp”，找到函数：CreateProcess（）的使用方法。按下列步骤建立一个工程项目，将记事本应用程序运行起来，即创建了一个新的进程。步骤1、创建一个基于MFC的应用程序。步骤2、在应用程序类型中选取“基于对话框”的选项。步骤3、直接点击完成，系统将为你创建一个工程项目。步骤4、然后在“资源视图”中，打开对话框“IDD_MY_DIALOG”，将出现以下对话框：步骤5、打开界面上的“工具箱”，放置一个“按钮”，如

10、下图：步骤6、双击上面的“Button1”按钮，切换到代码的编写处：输入以下语句：步骤7、编译并运行此工程项目，看看运行的结果。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验三 Windows中的线程与线程同步现象一、实验目的1、掌握

11、Windows中线程的操作。2、熟悉线程不同步时的现象及环境因素。3、掌握一种同步对象的使用。二、实验理论基础及教材对应关系1、线程和线程不同步的认识。2、线程间的同步和通信。3、本实验内容主要对应于教材第2章中关于线程的各节。三、实验内容与步骤1、定义全局变量 int i = 0; 初始值置为 0。2、创建两个线程，一个对 i 执行加 1 操作，另一个对 i 执行减 1 操作。两个线程执行相同的次数。显然，正常情况下，i 的仍然保持为 0。#include <stdio.h>#include <windows.h>#define MaxCount 9000000 /

12、循环次数要很大，可多次尝试一些值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、观察两个线程执行后的情况，可以发觉最后 i 的值不一定是 0， 有时是很大的正数，有时是很大的负数，这就是多个线程在操作同一个变量 i时，未同步时带来的严重问题。 还应该了解，在多个线程操作共享的变量时，才需要考虑同步问题。5、 给这两个线程加上同步代码，

13、再来观察对 i 值的影响。步骤2的函数稍微改动即可：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 < MaxCount;j+):EnterCriticalSection(&cs);i-;:LeaveCriticalSection(&am

14、p;cs);加入的同步代码的两个线程，无论如何执行，i 的值总是 0 ，结果是正确的。6、 主函数的写法int main()DWORD id1,id2;HANDLE hThread2;:InitializeCriticalSection(&cs);hThread0 = :CreateThread(0,0,fun1,0,0,&id1);hThread1 = :CreateThread(0,0,fun2,0,0,&id2);:WaitForMultipleObjects(2,hThread,1,INFINITE);printf("i = %dn",i);

15、:DeleteCriticalSection(&cs);getchar();return 0;四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验四 操作系统中的经典线程同步问题一、实验目的1、加深对线程的理解、掌握Windows中

16、线程的操作。2、掌握死锁产生的原因。3、掌握信号量、互斥量、事件、临界区等同步对象的使用。二、实验理论基础及教材对应关系1、进程和线程的关系。2、线程间的同步和通信。3、本实验内容主要对应于教材第2章中关于线程的各节、第3章中关于死锁的各节。三、实验内容与步骤1、运行实验程序“Reader_Writer.exe”，出现如下界面：2、交替点击“创建读者线程”和“创建写者线程”按钮，出现如下界面：3、观察第二步的实验现象，多次试验，可总结为：(1)、当有“读者”的绿灯亮时，其余的“读者”灯的状态是 、其余的“写者”灯的状态是 。(2)、当有“写者”的绿灯亮时，其余的“写者”灯的状态是 、其余的“读

17、者”灯的状态是 。这说明“读者”间的关系是 、“读者”之间的关系是 、“读者写者”之间的关系是 。（填相容、互斥）4、打开工程文件“Reader_Writer”，查找下列函数的用法：(1) AfxBeginThread()；创建线程。ResumeThread()；让线程恢复运行。(2) CreateMutex()；创建互斥量。ReleaseMutex()；删除互斥量。(3) CreateSemaphore()；创建信号量。ReleaseSemaphore()删除信号量。(4) WaitForSingleObject()；等待同步对象。(5) CloseHandle()；关闭内核对象的句柄。5、

18、运行“Dining.exe”应用程序，观察线程间“死锁”时的状态。6、创建一个“Console”应用程序，在main()函数中创建4个线程，线程的工作就是向屏幕输出几个字符后，就自己结束掉。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实

19、验五 死锁避免银行家算法的实现一、实验目的1、掌握死锁产生的原因和必要条件。2、掌握银行家算法的实现二、实验理论基础及教材对应关系1、处理机调度与死锁。2、死锁的产生与预防。3、银行家算法。三、实验内容与步骤1、创建C语言工程项目，按照教材上的有关说明，定义相应的数据结构。 int AllocMatrix54 / 已经分配资源矩阵 int RequestMatrix54 / 需求矩阵 int AvailResource4 / 可用资源向量 int TryProcess5 / 尝试序列2、给各个数据结构设定合适的初始值。 按照教材课后习题22的内容给上述数据结构设定初始值。 如：int Allo

20、cMatrix54=/ 已经分配资源矩阵0,0,3,2,1,0,0,0,1,3,5,4,0,3,3,2,0,0,1,4; 注意：步骤1、2可同时进行，即利用C语言中的定义变量就可同时初始化的方式进行数值初设。 3、依据银行家算法的描述依次进行资源的试探性分配，直至成功或失败，成功则说明当前状态是安全的；失败后，还应该将资源回到初始状态，并进行另一次试探；只有所有的试探都失败了，才能说明当前状态是不安全的。 通常，这种试探性算法采用递归的方法是很合适的，程序也是很简洁的。 代码片段： if( AvailResource0 >= RequestMatrixk0&& Avail

21、Resource1 >= RequestMatrixk1&& AvailResource2 >= RequestMatrixk2&& AvailResource3 >= RequestMatrixk3)/若资源能使进程ProcessID结束 for(int i=0;i<4;i+)AvailResourcei -= AllocMatrixki;/ 恢复资源 int SearchSecurity(int level) /递归函数 if(level = 4)elseSearchSecurity(level+1); / 有条件递归调用自己 其余由

22、大家自行完成。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验六 Windows内存管理一、实验目的1、熟悉程序的运行时动态链接。2、熟悉Windows中内存的分页管理方式。 3、了解虚拟内存的用法，熟悉Windows中相应的API函数

23、。二、实验理论基础及教材对应关系1、应用程序的动态链接。2、内存的分页管理、虚拟内存的技术。3、本实验内容主要对应于教材第4章。三、实验内容与步骤1、运行“SystemInfo.exe”应用程序，出现如下界面：从该界面上可以看到Windows2000/XP系统中的分页大小（Page Size）是：4,096，即4K字节，也可以看到本机所安装的处理器的个数是：1个。打开工程文件，熟悉信息获取函数的使用：SYSTEM_INFO sinf; GetSystemInfo(&sinf);2、运行“VMSTATE.exe”应用程序，出现如下界面：从界面上可以看到，本计算机中所安装的物理内存的大小“

24、TotalPhys”，可用物理内存的大小“AvailPhys”。打开源文件，熟悉或者信息函数的使用：MEMORYSTATUS ms = sizeof(ms) ; GlobalMemoryStatus(&ms);3、运行“VMAlloc.exe”应用程序，掌握其用法和功能：打开源文件，熟悉以下操作虚拟存储空间函数的使用：VirtualAlloc( )、VirtualQuery( )、VirtualFree( )。4、运行“VMMap.exe”应用程序，了解程序的功能，读懂其显示的每一行信息的含义：从上面显示的信息中，谈谈自己对虚拟储存空间的认识（100字以内）。 四、实验材料的提交与成绩

25、评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验七 分页内存管理算法模拟一、实验目的1、熟悉基本分页存储管理。2、建立描述分页内存管理中的页目录表、页表结构。 3、实现进行虚拟内存到物理内存的映射算法。二、实验理论基础及教材对应关系1、操作系统中内存管理。2、

26、基本分页内存、分段内存管理。3、页目录表、页表的作用，以及虚拟地址到物理地址的映射关系。三、实验内容与步骤题目：分页存储管理的设计与实现。某系统采用了两级页表机制，可使页表所占用内存尽量少，分页地址变换机构如下图所示：分页地址变换机构页目录表共1024项，每个页表1024项，每页的大小是4K个字节。地址转换时，先由分段部件生成线性地址，再由上面所述的分页部件，根据线性地址中的页目录索引在页目录表中找相应的项，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，然后按第2112位的页表索引找到所需页的物理内存起始地址，把它与12位偏移直接相加得到32位的物理地址。设系统有如表1中所示的10个段，已知：1

27、8段从内存的200000H处开始由低地址到高地址连续存放，映射到3G4M开始的线性地址空间；9段（缓冲区）放在400000H开始的内存，映射的线性地址同物理地址；显存从B8000H开始，映射到3G开始的线性地址空间。表1（1）、请设计并填写页目录表和页表（需说明每张表的内存地址）（2）、线性地址为：C0401010H、C0404010H、C0414010H，则物理地址是多少，所在段的段名是什么？（需写出计算的详细步骤）实验步骤：1、定义页目录表、页表的数据结构，以及必要的数据。#define Page_Size 4096/ 页面大小#define Pages26/ 本题定义的总的页面个数#de

28、fine FirstLinearAddr 0xC0000000+0x400000/ 线性地址3G + 4M#define SecondLinearAddr 0x400000/ 线性地址0x400000#define ThirdLinearAddr 0xC0000000/ 线性地址3G#define IDT 0#define TSS 1#define GDT 2#define PDT 3/ 页目录表的下标#define PT1 4/ 第1 个页表的下标#define PT2 5/ 第2 个页表的下标#define PT3 6/ 第3 个页表的下标#define PT4 7/ 第4 个页表的下标/

29、 .省略其它页表#define CODE20#define STACK21#define DATA22#define BUFFER23#define DISPLAYMEM 242、初始化页目录表、页表中的数据p = (unsigned int *)PysicalMemAddrPDT;/ p 指向页目录表pFirstLinearAddr>>22 = (unsigned int)PysicalMemAddrPT1;/ 将第1 个页表的地址填入页目录表中p = (unsigned int *)PysicalMemAddrPT1;/ p 指向第1 个页表p(FirstLinearAddr+

30、4096*IDT)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrIDT;/ 将 IDT 页的起始地址填入页表p(FirstLinearAddr+4096*TSS)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrTSS;/ 将 TSS 页的起始地址填入页表p(FirstLinearAddr+4096*GDT)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrGDT;/ 将 GDT 页的起始地址填入页表p(FirstLinea

31、rAddr+4096*PDT)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPDT;/ 将 PDT 页的起始地址填入页表p(FirstLinearAddr+4096*PT1)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT1;/ 将 PT1 页的起始地址填入页表p(FirstLinearAddr+4096*PT2)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT2;/ 将 PT2 页的起始地址填入页表p(Firs

32、tLinearAddr+4096*PT3)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT3;/ 将 PT3 页的起始地址填入页表p(FirstLinearAddr+4096*PT4)>>12 & 0x3FF = (unsigned int)PysicalMemAddrPT4;/ 将 PT4 页的起始地址填入页表3、虚拟地址到物理地址的变换linear = 0xC0401010;p = (unsigned int *)PysicalMemAddrPDT;/ p 指向页目录表pTable = (unsigned i

33、nt *)plinear>>22;/ pTable 指向页表pChar = (char *)pTablelinear>>12 & 0x3FF;/ pChar 指向物理内存printf("Linear: 0x%X is in %sn",linear,pChar);自行变换线性地址：C0404010H、C0414010H四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单

34、位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验八 页面置换算法的模拟实现一、实验目的1、熟悉基本分页存储管理。2、掌握FIFO页面置换算法。 3、掌握LRU页面置换算法。二、实验理论基础及教材对应关系1、操作系统中内存管理。2、基本分页内存、分段内存管理。3、常用页面置换算法的实现。三、实验内容与步骤1、定义相关数据#define InitPysiBlocks 4#define MaxPages 16：unsigned int PysicalBlocksIni

35、tPysiBlocks = 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算法描述进行算法设计unsigned FIFO(unsigned *py,unsigned *pg)unsigned LRU(unsigned *py,unsigned *pg)3、查看运行结果是否与手工计算一致。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实

36、验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结束后实验平均成绩（实验总成绩/实验次数）按照10的比例记入期末考试总成绩。实验九 磁盘调度中的电梯调度算法实现一、实验目的1、掌握操作系统中I/O管理。2、理解磁盘的工作原理与各种调用算法。 3、掌握SCAN（电梯调度）算法的实现。二、实验理论基础及教材对应关系1、操作系统中IO管理。2、操作系统的磁盘调度算法。三、实验内容与步骤1、参照教材第5章第6节的相关描述和图5-27的具体数据，进行算法设计并验证是否与手工计算相一致。 其余步骤前述实验（略）。四、实验材料的提交与成绩评定1、本实验的实验报告一份（电子版或纸质版一份，具体形式由任课教师确定，格式参考学院统一实验报告）2、实验源程序一份，请表明题号（电子版）备注：做下一次实验之时提交上一次实验的材料，由各班学习委员以班为单位收集并上交任课教师。3、实验成绩总分为10分，由指导老师根据学生实验表现和实验材料进行评定，本门课程结