操作系统实验指导书

PAGEPAGE11计算机与信息工程学院《操作系统》实验指导书（适用专业：计算机科学与技术、计算机网络工程）目录实验一WINDOWS中进程的了解…………………1实验二线程的实现和线程间的同步与互斥……4实验三银行家算法的模拟实现…………………9实验四内存动态分配管理模拟实现……………10实验五WINDOWS文件系统的了解………………11实验一WINDOWS中进程的了解一、目的：1、了解在WINDOWS的系统进程，了解WINDOWS中进程的控制。2、了解在WINDOWS中程序的运行原理，特别是自动运行的程序的运行机制。二、内容：写出本机中的进程。了解以下进程的作用SystemIdleProcessSystemSmss.exeCsrss.exeServices.exeLsass.exeSvchost.exeWinlogon.exe利用NTSD命令结束以下进程，并记录结束后的系统出现的现象。Lsass.exeScrss.exe4、了解在WINDOWS中有哪些位置可以在系统启动后自动建立进程，即在WINDOWS中可自动运行的位置有哪些。三、实验要求：可以上网查询。四、实验说明：NTSD的帮助usage:ntsd[-?][-2][-d][-g][-G][-myob][-lines][-n][-o][-s][-v][-w][-rBreakErrorLevel][-tPrintErrorLevel][-hd][-pd][-pe][-pt#][-pv][-x|-x{e|d|n|i}][--|-ppid|-pnname|command-line|-zCrashDmpFile][-zpCrashPageFile][-premotetransport][-robp][-aDllName][-c"command"][-iImagePath][-ySymbolsPath][-clines#][-srcpathSourcePath][-QR\\machine][-wake][-remotetransport:server=name,portid][-servertransport:portid][-ses][-sfce][-sicv][-snul][-noio][-failinc][-noshell]where:-?displaysthishelptextcommand-lineisthecommandtorununderthedebugger--isthesameas-G-g-o-p-1-d-pd-aDllNamesetsthedefaultextensionDLL-cexecutesthefollowingdebuggercommand-clinesnumberoflinesofoutputhistoryretrievedbyaremoteclient-failinccausesincompletesymbolandmoduleloadstofail-dsendsalldebuggeroutputtokerneldebuggerviaDbgPrint-dcannotbeusedwithdebuggerremoting-dcanonlybeusedwhenthekerneldebuggerisenabled-gignoresinitialbreakpointindebuggee-Gignoresfinalbreakpointatprocesstermination-hdspecifiesthatthedebugheapshouldnotbeusedforcreatedprocesses.ThisonlyworksonWindowsWhistler.-odebugsallprocesseslaunchedbydebuggee-ppidspecifiesthedecimalprocessIdtoattachto-pdspecifiesthatthedebuggershouldautomaticallydetach-pespecifiesthatanyattachshouldbetoanexistingdebugport-pnnamespecifiesthenameoftheprocesstoattachto-pt#specifiestheinterrupttimeout-pvspecifiesthatanyattachshouldbenoninvasive-rspecifiesthe(0-3)errorleveltobreakon(SeeSetErrorLevel)-robpallowsbreakpointstobesetinread-onlymemory-tspecifiesthe(0-3)errorleveltodisplay(SeeSetErrorLevel)-wspecifiestodebug16bitapplicationsinaseparateVDM-xsetssecond-chancebreakonAVexceptions-x{e|d|n|i}setsthebreakstatusforthespecifiedevent-2createsaseparateconsolewindowfordebuggee-iImagePathspecifiesthelocationoftheexecutablesthatgeneratedthefault(see_NT_EXECUTABLE_IMAGE_PATH)-linesrequeststhatlinenumberinformationbeusedifpresent-myobignoresversionmismatchesinDBGHELP.DLL-nenablesverboseoutputfromsymbolhandler-noiodisablesallI/Ofordedicatedremotingservers-noshelldisablesthe.shell(!!)command-QR<\\machine>queriesforremoteservers-sdisableslazysymbolloading-sesenablesstrictsymbolloading-sfcefailscriticalerrorsencounteredduringfilesearching-sicvignorestheCVrecordwhensymbolloading-snuldisablesautomaticsymbolloadingforunqualifiednames-srcpathspecifiesthesourcesearchpath-venablesverboseoutputfromdebugger-wakewakesupasleepingdebuggerandexits-yspecifiesthesymbolsearchpath(see_NT_SYMBOL_PATH)-zspecifiesthenameofacrashdumpfiletodebug-zpspecifiesthenameofapage.dmpfiletousewithacrashdump-remoteletsyouconnecttoadebuggersessionstartedwith-servermustbethefirstargumentifpresenttransport:tcp|npipe|ssl|spipe|1394|comname:machinenameonwhichthedebugserverwascreatedportid:idoftheportthedebuggerserverwascreatedonfortcpuse:port=fornpipeuse:pipe=for1394use:channel=forcomuse:port=,baud=,channel=forsslandspipeseethedocumentationexample:...-remotenpipe:server=yourmachine,pipe=foobar-servercreatesadebuggersessionotherpeoplecanconnecttomustbethefirstargumentifpresenttransport:tcp|npipe|ssl|spipe|1394|comportid:idoftheportremoteuserscanconnecttofortcpuse:port=fornpipeuse:pipe=for1394use:channel=forcomuse:port=,baud=,channel=forsslandspipeseethedocumentationexample:...-servernpipe:pipe=foobar-premotetransportspecifiestheprocessservertoconnecttotransportargumentsaregivenaswithremotingEnvironmentVariables:_NT_SYMBOL_PATH=[Drive:][Path]Specifysymbolimagepath._NT_ALT_SYMBOL_PATH=[Drive:][Path]Specifyanalternatesymbolimagepath._NT_DEBUGGER_EXTENSION_PATH=[Drive:][Path]Specifyapathwhichshouldbesearchedfirstforextensionsdlls_NT_EXECUTABLE_IMAGE_PATH=[Drive:][Path]Specifyexecutableimagepath._NT_SOURCE_PATH=[Drive:][Path]Specifysourcefilepath._NT_DEBUG_LOG_FILE_OPEN=filenameIfspecified,alloutputwillbewrittentothisfilefromoffset0._NT_DEBUG_LOG_FILE_APPEND=filenameIfspecified,alloutputwillbeAPPENDedtothisfile._NT_DEBUG_HISTORY_SIZE=sizeSpecifiesthesizeofaserver'soutputhistoryinkilobytesControlKeys:QuitdebuggerBreakintoTargetForceabreakintodebuggee(sameasCtrl-C)DebugCurrentdebuggerToggleVerbosemodePrintversioninformationNTSD的常用命令格式NTSD–CQ–P进程号

实验二线程的实现和线程间的同步与互斥一、目的：1、了解在WINDOWS中线程的编程实现，掌握利用VC或DELPHI调用WINDOWSAPI建立线程。2、了解在WINDOWS中线程间同步与互斥的信号量的实现，并利用该原理实现在WINDOWS下模拟实现有关经典线程同步与互斥问题。二、内容：1、利用VC或DELPHI在实际程序中实现线程。2、利用VC或DELPHI实现线程的同步模拟。主要模拟以下问题（经营者和消费者、阅读者和写入者）。三、实验要求： 实验内容中的第1小题为必作内容，第2小题可选择其一。四、实验提示：在Windows中调用API函数。对于VC，在程序头文件应包括#include<windows.h>语句。对于DELPHI，在程序前的USES中应包括Windows。Windows系统中的线程及有关的系统调用。Windows中的线程是内核线程，是系统的主要调度单位，提供了一系列的系统调用。CreateThread完成线程的创建，TerminateThread用于结束当前线程。SuspendThread可挂起指定的线程。ResumeThread可激活指定的线程。对于Windows来说，是用挂起计数来进行线程挂起和激活的计数的。每调用挂起一次，计数加1，反之则减1。当计数为0时，线程恢复运行。四个调用的原型及简单说明如下。（1）、CreateThread创建线程HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes, //指向安全属性结构的指针，一般为NULL。DWORDdwStackSize, //初始化线程的堆栈尺寸，一般为0。LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress, //指向线程执行体的指针。LPVOIDlpParameter, //新线程的参数DWORDdwCreationFlags, //建立标志位，0：创建后立即执行，1：创建后挂起。LPDWORDlpThreadId //指向返回标识符的指针。)（2）、SuspendThread挂起指定的线程DWORDSuspendThread(HANDLEhThread //线程句柄)（3）、ResumeThread激活指定的线程DWORDResumeThread(HANDLEhThread //线程句柄)（4）、TerminateThread结束线程BOOLTerminateThread(HANDLEhThread, //线程句柄DWORDdwExitCode //线程的结束代码。一般为0。)Windows中的同步机制及相关调用。在Windows中提供了互斥对象、信号量对象和事件对象三种同步对象和相应的系统调用，用于进程和线程的同步。另外还提供了临界区（CriticalSection）对象和互斥变量访问API等。在这里，我们主要对互斥对象和信号量对象进行简单介绍。互斥对象（Mutex）为互斥信号量，它的相关API为：Createmutex创建一个互斥信号量，Openmutex打开一个互斥信号量，Releasemutex释放一个互斥信号量，使之可用，相当于Signal操作。信号量对象（Semaphore）为资源信号量，它的相关API为：CreateSemaphore创建一个信号量对象，OpenSemaphore打开一个信号量对象，ReleaseSemaphore释放一个信号对象。系统中统一的等待操作WaitForSingleObject，相当于Wait操作。七个调用的原型和简单说明如下：（1）、Createmutex创建互斥信号量HANDLECreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes, //指向安全属性的指针，一般为NULLBOOLbInitialOwner, //初始化时所有权的标志位，TRUE：创建时即拥有，FALSE：创建时不拥有。LPCTSTRlpName //互斥信号量的名称)（2）、Openmutex打开互斥信号量HANDLEOpenMutex(DWORDdwDesiredAccess, //操作标志位，一般为MUTEX_ALL_ACCESSBOOLbInheritHandle, //继承标志位，一般为FALSELPCTSTRlpName //互斥信号量的名称)（3）、Releasemutex释放互斥信号量BOOLReleaseMutex(HANDLEhMutex //互斥信号量的句柄)（4）、CreateSemaphore创建信号量对象HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes, //指向安全属性的指针，一般为NULL。LONGlInitialCount, //信号量的初始化值。LONGlMaximumCount, //信号量的最大值LPCTSTRlpName //信号量名称)（5）、OpenSemaphore打开一个信号量对象HANDLEOpenSemaphore(DWORDdwDesiredAccess, //操作标志位，一般为SEMAPHORE_ALL_ACCESSBOOLbInheritHandle, //继承标志位，一般为FALSELPCTSTRlpName //信号量对象名称)（6）、ReleaseSemaphore释放信号对象BOOLReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphore, //信号对象句柄LONGlReleaseCount, //释放的个数LPLONGlpPreviousCount //前一个计数的地址，一般为NULL)（7）、WaitForSingleObject等待操作DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle, //等待的信号量的句柄DWORDdwMilliseconds //等待的时间，以毫秒为单位，如果永久等待，则为INFINITE)一个简单的线程创建、挂起和解挂的例子。#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>voidSubThread(void){ inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"SubThread"<<i<<endl; Sleep(2000); }}voidmain(void){cout<<"CreateThread"<<endl; //创建一个线程 DWORDIDThread;//返回的线程标示符 HANDLEhThread;//线程句柄 hThread=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,NULL,0,&IDThread); //检查操作是否成功 if(hThread==NULL) cout<<"CreateThreaderror"<<endl;inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"MainThread"<<i<<endl; if(i==1) { if(SuspendThread(hThread)==0xFFFFFFFF) { cout<<"Suspendthreaderror."<<endl; } else { cout<<"Suspendthreadisok."<<endl; } } if(i==3) { if(ResumeThread(hThread)==0xFFFFFFFF) { cout<<"Resumethreaderror."<<endl; } else { cout<<"Resumethreadisok."<<endl; } } Sleep(4000); }}一个简单的互斥信号量使用的例子。#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>intiCounter=0;viodthreadA(viod){ //在内部重新打开 HANDLEhCounterIn=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"spmetex"); for(inti=0;i<8;i++) { cout<<"Waitforobject."<<endl; WaitForSingleObject(hCounterIn,INFINITE); intiCopy=iCounter; Sleep(100); iCounter=iCopy+1; cout<<"Countis"<<iCounter<<endl; ReleaseMutex(hCounterIn); } CloseHandle(hCounterIn);}//主程序{ //创建互斥量 HANDLEhCounter=NULL; hCounter=CreateMutex(NULL,FALSE,"spmutex"); //创建线程 HANDLEhThread[3]; DWORDIDThread[3];//返回的线程标示符HThread[0]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadA,NULL,0,&IDThread[0]);HThread[1]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadA,NULL,0,&IDThread[1]);HThread[2]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,NULL,0,&IDThread[2]);Sleep(20000): CloseHandle(hCounter); }}生产者和消费者、读者和写者问题模拟的说明。生产者和消费者问题，缓冲区可以用一简单计数Count来描述，例如生产者生产了5个产品，可用Count=Count+5来描述。开始时可以用1个生产者线程和一个消费者线程。调试通过后可用多个线程。读者和写者问题，读写过程可用输出语句来描述。

实验三银行家算法的模拟实现一、目的：1、了解进程产生死锁的原因，了解为什么要进行死锁的避免。2、掌握银行家算法的数据结构，了解算法的执行过程，加深对银行家算法的理解。二、内容：1、利用VC或DELPHI在实现银行家算法的模拟。三、实验要求： 在完成有难度的情况下，可以简化成单资源的银行家算法。四、实验提示：1、整个银行家算法的思路。 先对用户提出的请求进行合法性检查，再进行预分配，利用安全性检查算法进行安全性检查。2、算法用到的主要数据结构和C语言说明。 （1）、可利用资源向量INTAVAILABLE[M]M为资源的类型。 （2）、最大需求矩阵INTMAX[N][M]N为进程的数量。 （3）、已分配矩阵INTALLOCATION[N][M] （4）、还需求矩阵INTNEED[N]3、银行家算法（主程序） （1）、系统初始化。 （2）、输入用户的请求三元组（I，J，K），为进程I申请K个J类资源。 （3）、检查用户的请求是否小于还需求的数量，条件是K<=NEED[I,J]。 （4）、检查用户的请求是否小于系统中的可利用资源数量，条件是K<=AVALIABLE[I,J]。 （5）、进行资源的预分配，语句如下：AVALIBLE[I][J]=AVALIBLE[I][J]-K；ALLOCATION[I][J]=ALLOCATION[I][J]+K；NEED[I][J]=NEED[I][J]-K；（6）、系统调用安全性检查算法（子程序）进行检查，如果检查通过，则不用回收，否则进行回收。4、安全性检查算法（子函数） （1）、设置两个临时变量。FINISH[N]记录进程模拟模拟执行的结束状态，初值为0，如果可以模拟执行结束，则可设为1，也可设为其它非零值以表示执行的先后次序。WORK[M]记录模拟执行中资源的回收情况，初值为AVAILABLE[M]的值。（2）、在进程中查找符合以下条件的进程。条件1：FINISH[I]=0条件2：NEED[I][J]〈=WORK[J]（3）、如果查找成功则进行资源的模拟回收，语句如下：WORK[J]=WORK[J]+ALLOCATION[I][J]；FINISH[I]=1或查找到的顺序号（4）、如果查找不成功，则检查所有进程的FINISH[]，如果有一个为0，则系统不为0，返回不成功标志。否则返回成功标志。实验四内存动态分配管理模拟实现一、目的：1、掌握可变分区内存分配的数据结构。2、掌握可变分区内存分配的分配算法（如首次适应算法，最坏适应算法等）3、掌握可变分区内存回收的紧缩算法。二、内容：1、利用VC或DELPHI在实现可变分区内存管理算法的数据结构。2、利用VC或DELPHI在实现可变分区内存管理算法的具体算法（分配采用首次适应算法，回收采用合并算法，不用紧缩。）三、实验要求： 上机编程完成实验。四、实验提示：整个算法的思想。循环对每次读入的用户请求（可以用

(R,SIZE)表示）进行区分，如果是分配，则调用分配算法，如果是回收，则调用回收算法。2、算法中的数据结构。（采用空闲分区表法） STRUCTFREEMEM//空闲分区表项{INTID;//序号 INTSTARTADDR