操作系统原理实验报告.doc

1、操作系统原理实验报告班级: 姓名: 学号: 指导老师： 目录: 实验题目：实验一 线程创建与撤销2实验题目：实验二 线程同步6实验题目：实验三 线程互斥11实验题目：实验四 进程通信17实验题目：实验五 读者-写者问题21实验题目：实验六 进程调度37实验题目：实验七 存储管理之动态链接库52实验题目：实验八 存储管理之内存分配56实验题目：实验九 存储管理之页面置换算法69实验题目：实验十 设备管理84实验题目：实验十一 文件管理之文件读写98实验题目：实验一 线程创建与撤销完成人：XXX报告日期：2018年3月31日一、 实验内容简要描述（1）熟悉VC+、Visual Studio开发环境

2、2）使用相关函数创建和撤销线程。（3）在一个进程中创建3个线程，名字分别为threada、threadb、threadc。threada输出“hello world! ”。threadb输出“My name is ”。threadc输出“Please wait”，然后sleep 5秒钟，接着输出“I wake up”。二、 程序设计1、 设计思路该函数创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程。2、 主要数据结构HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_S

3、TART_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId )；VOID ExitThread(DWORD dwExitCode)；VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);三、实验结果1、基本数据lpThreadAttributes：指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构，该结构决定了返回的句柄是否可被子进程继承。若lpThreadAttributes为NULL，则句柄不

4、能被继承。在WindowsNT中该结构的lpSecurityDescriptor成员定义了新进程的安全性描述符。若lpThreadAttributes为NULL，则线程获得一个默认的安全性描述符。dwStackSize：定义原始堆栈提交时的大小(按字节计)。系统将该值舍入为最近的页。若该值为0，或小于默认时提交的大小，默认情况是使用与调用线程同样的大小。更多的信息，请看ThreadStackSize。lpStartAddress：指向一个LPTHREAD_START_ROUTlNE类型的应用定义的函数，该线程执行此函数。该指针还表示溃程进程中线程的起始地址。该函数必须存在于远程进程中。lpPa

5、rameter：定义一个传递给该迸程的32位值。dwCreationFIags：定义控制进程创建的附加标志。若定义了CREATE_SUSPENDED标志，线程创建时处于挂起状态，并且直到ResumeThread函数调用时d能运行。若该值为0，则该线程在创建后立即执行。lpThreadId：指向一个32位值，它接收该线程的标识符。2.源程序代码行数完成该实验投入的时间（小时数）与其他同学讨论次数31113、 测试结果分析四、实验体会1、实验体会和收获深入理解了线程与进程的概念，熟悉了在Windows环境下何时使用进程，何时使用线程，怎么创建和撤销线程。五、源代码#include #include

6、 using namespace std;DWORD WINAPI ta(LPVOID argv) coutHello World!n;DWORD WINAPI tb(LPVOID argv) cout我的名字：孙 婷 n; cout我的学号：141340209n;DWORD WINAPI tc(LPVOID argv) coutPlease wait.n; Sleep(5000); coutI wake up.n;int main() HANDLE threada,threadb,threadc; DWORD TEST; threada=CreateThread(NULL,0,ta,NULL

7、0,0); threadb=CreateThread(0,0,tb,0,0,0); threadc=CreateThread(0,0,tc,0,0,0); ExitThread(TEST); ExitThread(TEST); ExitThread(TEST); return 0;实验题目：实验二 线程同步完成人：XXX报告日期：2018年4月7日一、 实验内容简要描述1） 在程序中使用CreateSemaphore(NULL,0,1,”SemaphoreName1”)创建一个名为SemaphoreName1的信号量，其初值为0。2） 使用OpenSemaphore (SYNCHRONIZE

8、 SEMAPHORE_MODIFY_STATE, NULL,” SemaphoreName1”)打开该信号量。3） 创建一个子线程，主线程创建子线程后调WaitForSingleObject(hHandle,INFINITE)，这里等待时间设置为INFINITE表示要一直等待下去，直到该信号量被唤醒为止。4） 子线程sleep 5秒钟，然后输出“I am over.”结束，调用ReleaseSemaphore(hHandle1,1,NULL)释放信号量，使信号量的值加1。二、 程序设计1、 设计思路A）等待一个对象WaitForSingleObjects函数决定等待条件是否被满足。如果等待条

9、件并没有被满足，调用线程进人一个高效的等待状态，当等待满足条件时占用非常少的处理器时间。在运行前，一个等待函数修改同步对象类型的状态。修改仅发生在引起函数返回的对象身上。例如，信号的计数减l。WaitForSingleObject函数能等待的对象包括：Change notification(改变通告);Console input(控制台输入);Event(事件);Job(作业);Mutex(互斥对象);Process(进程);Semaphore(信号量);Thread(线程);Waitable timer(可等待定时器)。当使用等待函数或代码直接或间接创建窗口时，一定要小心。如果一个线程创建了

10、任何窗口，它必须处理进程消息。消息广播被发送到系统的所有窗口。一个线程用没有超时的等待函数也许会引起系统死锁。间接创建窗口的两个例子是DDE和COM CoInitialize。因此，如果用户有一个创建窗口的线程，用MsgWaitForMultipleObjects或MsgWaitForMultipleObjectsEx函数，而不要用SignalObjectAndWait函数。B）等待多个对象WaiForMultipleObjects函数当下列条件之一满足时返回：(1)任意一个或全部指定对象处于信号态；(2)超时间隔已过。C）创建信号量如果成功就传回一个handle，否则传回NULL。不论哪一种

11、情况，GetLastError都会传回一个合理的结果。如果指定的Semaphore名称已经存在，则函数还是成功的，GetLastError会传回ERROR_ ALREADY_EXISTS。D）打开信号量为现有的一个已命名信号机对象创建一个新句柄。E）增加信号量的值该函数将指定信号对象的计数增加一个指定的值。2、 主要数据结构DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle，DWORD dwMilliseconds);DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount，CONST HANDLE *lpHandles，BOOL fWa

12、itAll，DWORD dwMilliSeconds)HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpAttributes，LONG lInitialCount，LONG lMaximumCount，LPCTSTR lpName)；HANDLE OpenSemaphore(DWORD dwDesiredAccess， /访问标志BOOL bInheritHandle, / 继承标志LPCTSTR lpName / 信号量名 )；BOOL ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore，LONG lReleaseCount，LP

13、LONG lpPreviousCount)三、实验结果1、基本数据源程序代码行数完成该实验投入的时间（小时数）与其他同学讨论次数61212、测试结果分析四、实验体会1、实验体会和收获进一步认识了线程同步的实质，学会使用信号量控制线程间的同步。五、源代码#include #include #include static HANDLE hThread1; /子进程的句柄，作为主线程的局部变量也行static HANDLE hHandle1=NULL; /信号量的句柄，全局变量void func();/子线程的声明int main(int argc,TCHAR* argv,TCHAR* envp)i

14、nt nRetCode=0;DWORD dwThreadID1;DWORD dRes,err;hHandle1=CreateSemaphore(NULL,0,1,SemaphoreName1); /创建一个信号量if(hHandle1=NULL) printf(Semaphore Create Fail!n);else printf(Semaphore Create Success!n);hHandle1=OpenSemaphore(SYNCHRONIZE|SEMAPHORE_MODIFY_STATE,NULL,SemaphoreName1);if(hHandle1=NULL)printf(S

15、emaphore Open Fail!n);else printf(Semaphore Open Success!n);hThread1=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)func, (LPVOID)NULL,0,&dwThreadID1); /创建子线程if (hThread1=NULL) printf(Thread1 create Fail!n);else printf(Thread1 create Success!n);dRes=WaitForSingleObject(hHandle1,

16、INFINITE); /主线程等待子线程结束err=GetLastError();printf(WaitForSingleObject err=%dn,err);if(dRes=WAIT_TIMEOUT)printf(TIMEOUT!dRes=%dn,dRes);else if(dRes=WAIT_OBJECT_0)printf(WAIT_OBJECT!dRes=%dn,dRes);else if(dRes=WAIT_ABANDONED)printf(WAIT_ABANDONED!dRes=%dn,dRes);else printf(dRes=%dn,dRes);CloseHandle(hTh

17、read1);CloseHandle(hHandle1);printf(我的名字：孙婷n);printf(我的学号：141340209n);ExitThread(0);return nRetCode;/实现子线程void func()BOOL rc;DWORD err;printf(Now In Thread !n);printf(I am over.n);rc=ReleaseSemaphore(hHandle1,1,NULL); /子线程唤醒主线程err=GetLastError();printf(ReleaseSemaphore err=%dn,err);if(rc=0) printf(S

18、emaphore Release Fail!n);else printf(Semaphore Release Success!rc=%dn,rc);实验题目：实验三 线程互斥完成人：XXX报告日期：2018年4月14日三、 实验内容简要描述完成两个子线程之间的互斥。在主线程中使用系统调用CreateThread（）创建两个子线程，并使两个子线程互斥的使用全局变量count。四、 程序设计3、 设计思路a使用临界区对象（Criticalsection）Critical Section Object ，A segment of code that is not reentrant and ther

19、efore does not support concurrent access by multiple threads. Often, a critical section object is used to protect shared resources。通过定义在数据段中的一个CRITICAL_SECTION 结构实现。CRITICAL_SECTION myCritical；并且在任何线程使用此临界区对象之前必须对它进行初始化。void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection );之后，任何线程访问临

20、界区中数据的时候，必须首先调用EnterCriticalSection 函数，申请进入临界区（又叫关键代码段，使用共享资源的任何代码都必须封装在此）。在同一时间内，Windows 只允许一个线程进入临界区。所以在申请的时候，如果有另一个线程在临界区的话，EnterCriticalSection 函数会一直等待下去，直到其他线程离开临界区才返回。EnterCriticalSection 函数用法如下：void EnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);当操作完成的时候，还要将临界区交还给Windows，以便其他线程可以

21、申请使用。这个工作由LeaveCriticalSection 函数来完成。void LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);当程序不再使用临界区对象的时候，必须使用DeleteCriticalSection 函数将它删除。void DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);b使用互斥锁（Interlocked）提供一种手段来保证值的递增(减)能够以原子操作方式来进行，也就是不中断地进行。LONG InterlockedIncrement

22、 LPLONG lpAddend ) ; / 增一操作LONG InterlockedDecrement( LPLONG lpAddend); / 减一操作LONG InterlockedExchangeAdd (PLONG Addend, / pointer to the addendLONG Increment / increment value);/增减任意值4、 主要数据结构void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection );void EnterCriticalSection( LPCRITICA

23、L_SECTION lpCriticalSection);void LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);void DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);LONG InterlockedIncrement( LPLONG lpAddend ) ; / 增一操作LONG InterlockedDecrement( LPLONG lpAddend); / 减一操作LONG InterlockedExchangeAdd (PLONG A

24、ddend, / pointer to the addendLONG Increment / increment value三、实验结果1、基本数据源程序代码行数完成该实验投入的时间（小时数）与其他同学讨论次数68202.测试结果分析四、实验体会1、实验体会和收获熟练了Windows系统环境下线程的创建与撤销，熟悉了Windows系统提供的线程互斥API，使用Windows系统提供的线程互斥API解决实际问题。五、源代码#include #include #include static int count=5; /共享变量static HANDLE h1,h2; /两个子进程的句柄变量LPCR

25、ITICAL_SECTION hCriticalSection; /定义指向临界区对象的地址指针CRITICAL_SECTION Critical; /定义临界区void func1( ); /线程函数的定义不符合WIN32格式，后面CreateThread函数中void func2( ); /要附加强制类型转换/主线程的实现int main(int argc, TCHAR* argv,TCHAR* envp)int nRetCode=0;DWORD dwThreadID1, dwThreadID2;hCriticalSection=&Critical; /将指向临界区的对象的指针指向临界区I

26、nitializeCriticalSection(hCriticalSection); /初始化临界区/创建子线程func1h1=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)func1,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID1);if(h1=NULL)printf(Thread1 create Fail!n);else printf(Thread1 create success!n);/创建子线程func2h2=CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES)NULL,0

27、LPTHREAD_START_ROUTINE)func2,(LPVOID)NULL,0,&dwThreadID2);if(h2=NULL) printf(Thread2 create Fail!n);else printf(Thread2 create success!n);Sleep(1000);CloseHandle(h1);CloseHandle(h2);DeleteCriticalSection(hCriticalSection); /删除临界区ExitThread(0);return nRetCode;/主线程结束/子线程fun c2的实现void func2()int r2;E

28、nterCriticalSection(hCriticalSection); /进入临界区r2=count;Sleep(100);r2=r2+1;count=r2;printf(count in func2=%dn,count);LeaveCriticalSection(hCriticalSection); /退出临界区/子线程func1的实现void func1()int r1;EnterCriticalSection(hCriticalSection); /进入临界区r1=count;Sleep(500);r1=r1+1;count=r1;printf(count in func1=%dn

29、count);LeaveCriticalSection(hCriticalSection); /退出临界区实验题目：实验四 进程通信完成人：XXX报告日期：2018年4月21日五、 实验内容简要描述1） 利用命名管道的相关知识及函数，分别编写服务器进程和客户端进程程序。2） 要求服务器进程和客户端进程程序能够通过互相传送数据。3） 当服务器进程和客户端进程中的任何一端输入“end”时，结束会话。六、 程序设计5、 设计思路（1）建立命名管道（2）连接命名管道（3）拆除命名管道的连接（4）客户端进程连接服务器已建立的命名管道（5）客户端进程等待命名管道6、 主要数据结构Handle Creat

30、eNamedPipe(LPCTSTR lpName，)；BOOL ConnectNamedPipe(HANDLE hNamePipe，OVERLAPPED lpOverlapped)；BOOL DisconnectNamedPipe (Long hNamedPipe)；BOOL CallNamedPipe( String lpNamedPipeName，/欲打开管道的名称 lpInBuffer Any， /要写入管道的数据的内存缓冲区nInBufferSize Long， /内存缓冲区中的字符数量lpOutBuffer Any， /指定一个内存缓冲区，用于装载从管道中读出的数据 nOutBuf

31、ferSize Long，/指定一个长整数变量，用于装载来自管道的数据lpBytesRead Long， /指定从管道中读出的字节数nTimeOut Long， /管道是否可用及超时设置)；BOOL WaitNamedPipe(LPCTSTR lpNamedPipeName, DWORD nTimeOut)；三、实验结果测试结果四、实验体会1、实验体会和收获了解命名管道的概念，并学会了使用命名管道实现进程间的基本通信。五、源代码/服务器进程/int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp) int nRetCode=0; BOOL rc; int e

32、rr; HANDLE hPipeHandle;char lpName=.pipemyPipe; char InBuffer50=;char OutBuffer50=;DWORD BytesRead,BytesWrite;hPipeHandle=CreateNamedPipe(LPCTSTR)lpName,PIPE_ACCESS_DUPLEX|FILE_FLAG_OVERLAPPED|WRITE_DAC,PIPE_TYPE_MESSAGE|PIPE_READMODE_BYTE|PIPE_WAIT,1,20,30,NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT,(LPSECURITY_ATTRI

33、BUTES)NULL) ; /创建命令管道if(hPipeHandle=INVALID_HANDLE_VALUE)|(hPipeHandle=NULL)err= GetLastError();printf(Server Pipe Create Fail!err=%dn,err);exit(1);else printf(Server Pipe Create Success!n);while(1) /连接命名管道 rc=ConnectNamedPipe(hPipeHandle,(LPOVERLAPPED)NULL); if(rc=0)err=GetLastError();printf(Server

34、 Pipe Connect Fail!err=%dn,err);exit(2);else printf(Server Pipe Connect Success!n);strcpy(InBuffer,);strcpy(OutBuffer,); /命名管道读数据rc= ReadFile(hPipeHandle,InBuffer,sizeof(InBuffer),&BytesRead,(LPOVERLAPPED)NULL); if(rc=0 & BytesRead=0)err=GetLastError();printf(Server Pipe Read Fail!err=%dn,err);exit(

35、3);else printf(Server Pipe Read Success!n DATA from Client is=%sn,InBuffer);rc=strcmp(InBuffer,end);if(rc=0) break;printf(Please Input Data to Sendn);scanf(%s,OutBuffer);/向命令管道写数据rc=WriteFile(hPipeHandle,OutBuffer,sizeof(OutBuffer),&BytesWrite,(LPOVERLAPPED)NULL);if(rc=0 )err=GetLastError();printf(S

36、erver Pipe Write Fail!err=%dn,err);else printf(Server Pipe Write Success!n); DisconnectNamedPipe(hPipeHandle); /拆除与管道命令连接rc=strcmp(OutBuffer,end);if(rc=0) break;printf(Now server be END!n);CloseHandle(hPipeHandle);return nRetCode;/客户端进程/int _tmain(int argc, TCHAR* argv, TCHAR* envp)BOOL rc=0;char lp

37、Name=.pipemyPipe;char InBuffer50=;char OutBuffer50=;DWORD BytesRead;int nRetCode = 0;int err=0;while(1) strcpy(InBuffer,); strcpy(OutBuffer,); printf(Input Data Please!n); scanf(%s,InBuffer); if(!strcmp(InBuffer,end) CallNamedPipe(lpName,InBuffer,sizeof(InBuffer),OutBuffer,sizeof(OutBuffer), &BytesR

38、ead,NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT); break; rc=WaitNamedPipe(lpName,NMPWAIT_WAIT_FOREVER); /等待命名管道 if(rc=0) err=GetLastError(); printf(Wait Pipe Fali!err=%dn,err); exit(1); else printf(Wait Pipe Success!n);/使用管道命令读数据 rc=CallNamedPipe(lpName,InBuffer,sizeof(InBuffer),OutBuffer,sizeof(OutBuffer), &BytesRead

39、NMPWAIT_USE_DEFAULT_WAIT); rc=strcmp(OutBuffer,end); if (rc=0) break; if (rc=0) err=GetLastError(); printf(Call Pipe Fali!err=%dn,err); exit(1); else printf(Call Pipe Success!n Data from Server is %sn,OutBuffer); printf(Now Client to be END!n);return nRetCode;实验题目：实验五 读者-写者问题完成人：XXX报告日期：2018年4月28日七

40、 实验内容简要描述a) 创建一个控制台进程，此进程包含n个线程。用这n个线程来表示n个读者或写者。每个线程按相应测试数据文件的要求进行读写操作。用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者-写者问题。b) 读者-写者问题的读写操作限制(包括读者优先和写者优先)：j 写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。k 读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。l 读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。c) 读者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读操作时已有另一个读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。d) 写者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读操作时已有另一写者在等待访

41、问共享资源，则该读者必须等到没有写者处于等待状态后才能开始读操作。e) 运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确定所有处理都遵守相应的读写操作限制。八、 程序设计7、 设计思路将所有的读者和所有的写者分别放进两个等待队列中，当读允许时就让读者队列释放一个或多个读者，当写允许时，释放第一个写者操作。读者优先： 如果没有写者正在操作，则读者不需要等待，用一个整型变量readcount记录当前的读者数目，用于确定是否释放写者线程，（当readcout=0 时，说明所有的读者都已经读完，释放一个写者线程），每个 读者开始读之前都要修

42、改readcount,为了互斥的实现对readcount 的修改，需要一个互斥对象Mutex来实现互斥。 另外，为了实现写-写互斥，需要一个临界区对象 write,当写者发出写的请求时，必须先得到临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读写互斥，当readcount=1 时，（即第一个读者的到来时，），读者线程也必须申请临界区对象的所有权.当读者拥有临界区的所有权，写者都阻塞在临界区对象write上。当写者拥有临界区对象所有权时，第一个判断完readcount=1 后，其余的读者由于等待对readcount的判断，阻塞在Mutex上！写者优先： 写者优先和读者优先有相同之处，不同的地方在：一旦有一个写者到来时，应该尽快让写者进行写，如果有一个写者在等待，则新到的读者操作不能读操作，为此添加一个整型变量writecount,记录写者的数目，当writecount=0时才可以释放读者进行读操作！ 为了实现对全局变量writecount的互斥访问，设置了一个互斥对象Mutex3。 为了实现写者优先，设置一个临界区对象read,当有写者在写或等待时，读者必须阻塞在临界区对象read上。读者除了要一个全局变量readcount实现操作上的互斥外，还需要一个互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥，这两个互斥对象分别为mutex1和mutex2。8、 主要