操作系统1.docx

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操作系统1

实验一WINDOWS进程初识

1、实验目的

（1）学会使用VC编写基本的Win32ConsolApplication（控制台应用程序）。

（2）掌握WINDOWSAPI的使用方法。

（3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。

2、实验内容和步骤

（1）编写基本的Win32ConsolApplication

步骤1：

登录进入Windows，启动VC++6.0。

步骤2：

在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32ConsolApplication”,然后在“Projectname”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。

创建一个新的控制台应用程序工程。

步骤3：

在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++SourceFile”,然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。

步骤4：

将清单1-1所示的程序清单复制到新创建的C/C++源程序中。

编译成可执行文件。

步骤5：

在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的debug子目录，执行编译好的可执行程序：

\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>hello.exe

运行结果（如果运行不成功，则可能的原因是什么？

）：

（2）计算进程在核心态运行和用户态运行的时间

步骤1：

按照

（1）中的步骤创建一个新的“Win32ConsolApplication”工程，然后将清单1-2中的程序拷贝过来，编译成可执行文件。

步骤2：

在创建一个新的“Win32ConsolApplication”工程，程序的参考程序如清单1-3所示，编译成可执行文件并执行。

步骤3：

在“命令提示符”窗口中运行步骤1中生成的可执行文件，测试步骤2中可执行文件在核心态运行和用户态运行的时间。

\课程\os课\os实验\程序\os12\debug>timeTEST.exe

步骤4：

运行结果（如果运行不成功，则可能的原因是什么？

）：

____

步骤5：

分别屏蔽While循环中的两个for循环，或调整两个for循环的次数，写出运行结果。

屏蔽i循环：

屏蔽j循环：

调整循环变量i的循环次数i<=100

调整循环变量j的循环次数：

3、实验结论

当调用printf函数时，要进入核心态，因此运行占用的时间就多，占用百分比大概87%；而当把j循环屏蔽掉，即不进入printf时，i循环只需在用户态运行，不需要进入核心态，因此占用时间就为0%；当改变i循环的次数时，并不改变进入核心态时所占用的时间，所以运行时间没有改变；当改变j循环次数时，printf的次数改变，因此在核心态运行的时间就相对改变，可以看出运行时间随j的增大而增大，成正比关系。

实验二进程管

1、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Windows进程的“一生”。

2）通过阅读和分析实验程序，学习创建进程、观察进程、终止进程以及父子进程同步的基本程序设计方法。

2、实验内容和步骤

（1）.创建进程

本实验显示了创建子进程的基本框架。

该程序只是再一次地启动自身，显示它的系统进程ID和它在进程列表中的位置。

步骤1：

创建一个“Win32ConsolApplication”工程，然后拷贝清单2-1中的程序，编译成可执行文件。

步骤2：

在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。

运行结果：

范例：

\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os21

（假设编译生成的可执行文件是os21.exe）

按下ctrl+alt+del，调用windows的任务管理器，记录进程相关的行为属性：

步骤3：

在“命令提示符”窗口加入参数重新运行生成的可执行文件。

运行结果：

范例：

\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os213

（假设编译生成的可执行文件是os21.exe）

按下ctrl+alt+del，调用windows的任务管理器，记录进程相关的行为属性：

步骤4：

修改清单2-1中的程序，将nClone的定义和初始化方法按程序注释中的修改方法进行修改，编译成可执行文件（执行前请先保存已经完成的工作）。

再按步骤2中的方式运行，看看结果会有什么不一样。

运行结果：

Clone设置为3时

从中你可以得出什么结论：

nClone的作用：

设置进程的起始ID号

变量的定义和初始化方法（位置）对程序的执行结果有影响吗？

为什么？

有影响，因为变量的定义和初始化的不同可能导致进程的克隆的次数及克隆进程的ID号不同

（2）.父子进程的简单通信及终止进程

步骤1：

创建一个“Win32ConsolApplication”工程，然后拷贝清单2-2中的程序，编译成可执行文件。

步骤2：

在VC的工具栏单击“ExecuteProgram”（执行程序）按钮，或者按Ctrl+F5键，或者在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。

运行结果：

范例：

\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os22

（假设编译生成的可执行文件是os22.exe）

_________________

步骤3：

按源程序中注释中的提示，修改源程序2-2，编译执行（执行前请先保存已经完成的工作）。

运行结果：

死循环

在程序中加入跟踪语句，或调试运行程序，同时参考MSDN中的帮助文件CreateProcess（）的使用方法，理解父子进程如何传递参数。

给出程序执行过程的大概描述：

BOOLCreateProcess（

LPCTSTRlpApplicationName,；//pointertonameofexecutablemodule

LPTSTRlpCommandLine,//pointertocommandlinestring

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpProcessAttributes,//processsecurityattributes

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//threadsecurityattributes

BOOLbInheritHandles,//handleinheritanceflag

DWORDdwCreationFlags,//creationflags

LPVOIDlpEnvironment,//pointertonewenvironmentblock

LPCTSTRlpCurrentDirectory,//pointertocurrentdirectoryname

LPSTARTUPINFOlpStartupInfo,//pointertoSTARTUPINFO

LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation/pointertoPROCESS_INFORMATION

步骤4：

填空

CreateProcess（）函数有____6____个核心参数？

本实验程序中设置的各个参数的值是：

a．szFilename,产生的应用程序的名称（本EXE文件）.；

b.szCmdLine,告诉我们这是一个子进程的标志；

c.FALSE,不继承句柄；

d．CREATE_NEW_CONSOLE,创建新窗口；

e.&si,启动信息结构；

f.&pi返回的进程信息；

3、实验结论

通过本实验的进行，对Windows创建进程，以及父子进程之间的同步互斥有了切身的体会，从中感受到学习操作系统知识的乐趣。

另外，通过本次加深了对信号量对于进程间对临界区访问的同步与互斥的理解。

实验三进程同步的经典算法

1、实验目的

1）回顾系统进程、线程的有关概念，加深对Windows2000线程的理解。

2）了解互斥体对象，通过对生产者消费者等进程间同步与互斥经典算法的实现，加深对P、V原语以及利用P、V原语进行进程间同步与互斥操作的理解。

2、实验内容和步骤

（1）.生产者消费者问题

步骤1：

创建一个“Win32ConsolApplication”工程，然后拷贝清单3-1中的程序，编译成可执行文件。

步骤2：

在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。

运行结果：

范例：

\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os31

（假设编译生成的可执行文件是os31.exe）

步骤3：

仔细阅读源程序，找出创建线程的WINDOWSAPI函数，回答下列问题：

线程的第一个执行函数是什么（从哪里开始执行）？

它位于创建线程的API函数的第几个参数中？

Prooduce（）;第一个参数。

步骤4：

修改清单3-1中的程序，调整生产者线程和消费者线程的个数，使得消费者数目大与生产者，看看结果有何不同。

运行结果：

从中你可以得出什么结论：

生产者多于消费者时，生产者等待时间多一些，

消费者多于生产者时，消费者等待时间多一些。

步骤5：

修改清单3-1中的程序，按程序注释中的说明修改信号量EmptySemaphore的初始化方法，看看结果有何不同。

运行结果：

步骤6：

根据步骤4的结果，并查看MSDN，回答下列问题

1）CreateMutex中有几个参数，各代表什么含义。

HANDLECreateMutex（

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,

//pointertosecurityattributes

BOOLbInitialOwner,//flagforinitialownership

LPCTSTRlpName//pointertomutex-objectname

）;

第一个参数是安全属性；第二个参数是表示互斥量的拥有情况；

第三个参数是表示拥有者的标识。

2）CreateSemaphore中有几个参数，各代表什么含义，信号量的初值在第几个参数中。

HANDLECreateSemaphore（

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,

//pointertosecurityattributes

LONGlInitialCount,//initialcount

LONGlMaximumCount,//maximumcount

LPCTSTRlpName//pointertosemaphore-objectname

）;

第一个参数是安全属性；

第二个参数是表示信号量的初始值；

第三个参数是表示信号量的最大值；

第四个参数是表示拥有者的标识。

3）程序中P、V原语所对应的实际WindowsAPI函数是什么，写出这几条语句。

WaitForSingleObject（EmptySemaphore,INFINITE）;//p（empty）;

WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;

ReleaseMutex（Mutex）;//V（mutex）;

ReleaseSemaphore（FullSemaphore,1,NULL）;

4）CreateMutex能用CreateSemaphore替代吗？

尝试修改程序3-1，将信号量Mutex完全用CreateSemaphore及相关函数实现。

写出要修改的语句：

HANDLEMutex;》HANDLESemaphore;

Mutex=CreateMutex（NULL,FALSE,NULL）;》Semaphore=CreateSemaphore（NULL,1,1,NULL）;

WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;》WaitForSingleObject（Semaphore,INFINITE）;

ReleaseMutex（Mutex）;》ReleaseSemaphore（Semaphore,1,NULL）;

3、实验结论

通过本次实验的进行，自己加深了对p、v操作控制进程访问临界资源的理解。

同时，熟悉了Windows系统关于进程同步与互斥的控制！

实验四存储管理

1、实验目的

（1）通过对Windows2000“任务管理器”、“计算机管理”、“我的电脑”属性、“系统信息”、“系统监视器”等程序的应用，学习如何察看和调整Windows的内存性能，加深对操作系统存储管理、虚拟存储管理等理论知识的理解。

（2）了解Windows2000的内存结构和虚拟内存的管理，理解进程的虚拟内存空间和物理内存的映射关系。

2、实验内容和步骤

（1）观察和调整Windows2000/XP的内存性能。

步骤1：

阅读“背景知识”，请回答：

1）什么是“分页过程”？

分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程

2）什么是“内存共享”？

运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。

3）什么是“未分页合并内存”和“分页合并内存”？

Windows2000中，未分页合并内存的最大限制是多少？

未分页合并内存包含必须驻留在内存中的占用代码或数据

分页合并内存是存储迟早需要的可分页代码或数据的内存部分。

4）Windows2000分页文件默认设置的最小容量和最大容量是多少？

Windows2000使用内存数量的1.5倍作为分页文件的最小容量，这个最小容量的两倍作为最大容量。

步骤2：

登录进入Windows2000Professional。

步骤3：

查看包含多个实例的应用程序的内存需求。

1）启动想要监视的应用程序，例如Word。

2）右键单击任务栏以启动“任务管理器”。

3）在“Windows任务管理器”对话框中选定“进程”选项卡。

4）向下滚动在系统上运行的进程列表，查找想要监视的应用程序。

请在表4-3中记录：

表4-3实验记录

映像名称

PID

CPU

CPU时间

内存使用

WINWORD.EXE

2936

0：

00：

48752K

“内存使用”列显示了该应用程序的一个实例正在使用的内存数量。

5）启动应用程序的另一个实例并观察它的内存需求。

请描述使用第二个实例占用的内存与使用第一个实例时的内存对比情况：

映像名称:

QQ.EXE，内存使用：

24048K

步骤4：

未分页合并内存。

估算未分页合并内存大小的最简单方法是使用“任务管理器”。

未分页合并内存的估计值显示在“任务管理器”的“性能”选项卡的“核心内存”部分。

总数（K）：

57832

分页数：

46244

未分页（K）：

11588

还可以使用“任务管理器”查看一个独立进程正在使用的未分页合并内存数量和分页合并内存数量。

操作步骤如下：

1）单击“Windows任务管理器”的“进程”选项卡，然后从“查看”菜单中选择“选择列”命令，显示“进程”选项卡的可查看选项。

2）在“选择列”对话框中，选定“页面缓冲池”选项和“非页面缓冲池”选项旁边的复选框，然后单击“确定”按钮。

返回Windows2000“任务管理器”的“进程”选项卡时，将看到其中增加显示了各个进程占用的分页合并内存数量和未分页合并内存数量。

仍以刚才打开观察的应用程序（例如Word）为例，请在表4-4中记录：

表4-4实验记录

映像名称

PID

内存使用

页面缓冲池

非页面缓冲池

WINWORD.EXE

2936

88688

744

从性能的角度来看，未分页合并内存越多，可以加载到这个空间的数据就越多。

拥有的物理内存越多，未分页合并内存就越多。

但未分页合并内存被限制为256MB，因此添加超出这个限制的内存对未分页合并内存没有影响。

步骤5：

提高分页性能。

在Windows2000的安装过程中，将使用连续的磁盘空间自动创建分页文件（pagefile.sys）。

用户可以事先监视变化的内存需求并正确配置分页文件，使得当系统必须借助于分页时的性能达到最高。

虽然分页文件一般都放在系统分区的根目录下面，但这并不总是该文件的最佳位置。

要想从分页获得最佳性能，应该首先检查系统的磁盘子系统的配置，以了解它是否有多个物理硬盘驱动器。

1）在“开始”菜单中单击“设置”–“控制面板”命令，双击“管理工具”图标，再双击“计算机管理”图标。

2）在“计算机管理”窗口的左格选择“磁盘管理”管理单元来查看系统的磁盘配置。

如果系统只有一个硬盘，那么建议应该尽可能为系统配置额外的驱动器。

这是因为：

Windows2000最多可以支持在多个驱动器上分布的16个独立的分页文件。

为系统配置多个分页文件可以实现对不同磁盘I/O请求的并行处理，这将大大提高I/O请求的分页文件性能。

请在表4-5中记录：

表4-5实验记录

卷

布局

类型

文件系统

容量

状态

磁盘分区

基本

NTFS

19.53G

状态良好（系统）

磁盘分区

基本

NTFS

19.53G

状态良好

磁盘分区

基本

NTFS

34.27G

状态良好

LENOVO_PART

磁盘分区

基本

NTFS

305MB

状态良好（EISA配置）

步骤6：

计算分页文件的大小。

要想更改分页文件的位置或大小配置参数，可按以下步骤进行：

1）右键单击桌面上的“我的电脑”图标并选定“属性”。

2）在“高级”选项卡上单击“性能选项”按钮。

3）单击对话框中的“虚拟内存”区域中的“更改”按钮。

请记录：

所选驱动器（C:

）的页面文件大小：

驱动器：

可用空间：

9010MB

初始大小（MB）：

2046

最大值（MB）：

4092

所选驱动器（D:

）的页面文件大小：

（如果有的话）

驱动器：

可用空间：

6807MB

初始大小（MB）：

无

最大值（MB）：

无

所有驱动器页面文件大小的总数：

允许的最小值：

2MB