《操作系统》实验报告

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实验一：操作系统环境

1.1   Windows 20## 系统管理

(实验估计时间：60分钟)

实验内容与步骤

1、  计算机管理

2、  事件查看器

3、  性能监视

4、  服务

5、  数据库(ODBC)

为了帮助用户管理和监视系统，Windows 2000提供了多种系统管理工具，其中最主要的有计算机管理、事件查看器和性能监视等。

步骤1：登录进入Windows 20## Professional。

步骤2：在“开始”菜单中单击“设置”-“控制面板”命令，双击“管理工具”图标。

在本地计算机“管理工具”组中，有哪些系统管理工具，基本功能是什么：

1.本地安全策略：查看和修改本地安全策略，诸如用户权限和审计策略。

2.服务： 启动和停止由Windows系统提供的各项服务。

3.计算机管理：管理磁盘以及使用其他系统工具来管理本地或远程计算机。

4.事件查看器：显示来自于Window和其他程序的监视与排错信息。例如，在“系统日志”中包含各种系统组件记录的事件，如使用驱动器失败或加载其他系统组件；“安全日志”中包含有效与无效的登录尝试及与资源使用有关的事件，如删除文件或修改设置等，本地计算机上的安全日志只有本机用户才能查看；“应用程序日志”中包括由应用程序记录的事件等等。

5.数据源（ODBC）：即开放数据库连接。添加、删除以及配置ODBC数据源和驱动程序，

通过ODBC可以访问来自多种数据库管理系统的数据。

6.性能：显示系统性能图表以及配置数据日志和警报。

    7.组建服务：配置并管理COM+ 应用程序。

    1. 计算机管理

使用“计算机管理”可通过一个合并的桌面工具来管理本地或远程计算机，它将几个Windows 2000管理实用程序合并到一个控制台目录树中，使管理员可以轻松地访问特定计算机的管理属性和工具。

步骤3：在“管理工具”窗口中，双击“计算机管理”图标。

“计算机管理”使用的窗口与“Windows资源管理器”相似。在用于导航和工具选择的控制台目录树中有“系统工具”、“存储”及“服务和应用程序”等节点，窗口右侧“名称”窗格中显示了工具的名称、类型或可用的子工具等。它们是：

1)  系统工具，填入表2-3中。

表2-3  实验记录

2) 存储，填入表2-4中。

表2-4  实验记录

3) 服务和应用程序，填入表2-5中。

表2-5  实验记录

    2. 事件查看器

事件查看器不但可以记录各种应用程序错误、损坏的文件、丢失的数据以及其他问题，而且还可以把系统和网络的问题作为事件记录下来。管理员通过查看在事件查看器中显示的系统信息，可以迅速诊断和纠正可能发生的错误和问题。

步骤4：在“管理工具”窗口中，双击“事件查看器”图标。

在Windows 2000事件查看器中，管理员可以查看到三种类型的本地事件日志，请填入表2-6中。

表2-6  实验记录

步骤5：在事件查看器中观察“应用程序日志”：

本地计算机中，共有____2204_______个应用程序日志事件。

步骤6：单击“查看”菜单中的“筛选”命令，系统日志包括的事件类型有：

1.信息

2.警告

3.错误

4.成功审核

5.失败审核

6.性能监视

“性能”监视工具通过图表、日志和报告，使管理员可以看到特定的组件和应用进程的资源使用情况。利用性能监视器，可以测量计算机的性能，识别以及诊断计算机可能发生的错误，并且可以为某应用程序或者附加硬件制作计划。另外，当资源使用达到某一限定值时，也可以使用警报来通知管理员。

步骤7：在“管理工具”窗口中，双击“性能”图标。

“性能”窗口的控制台目录树中包括的节点有：

1.系统监视器

2.性能日志和警报，其中的子节点填入表2-7中。

表2-7  实验记录

    4. 服务

步骤8：在“管理工具”窗口中，双击“服务”图标。

在你的本地计算机中，管理着___59_____个系统服务项目。

通过观察，重点描述你所感兴趣的5个系统服务项目：

1.Application Layer Gateway Servers:为Internet 连接共享和windows防火墙提供第三方协议插件的支持。

2.Adobe Flash Player Update Servers:此服务可使您安装的Adobe Flash Player能及时获得最新新增功能和安全修补程序。

3.DHCP Client:通过注册和更改IP地址以及DNS名称来管理网络配置。

4.Event Log:启用在事件查看器基于Windows的程序和组件颁发的事件日志消息。无法终止此服务。

5.Fast User Switching Compatibility:为在多用户下需要协助的应用程序提供管理。

    5. 数据源 (ODBC)

ODBC，即开放数据库连接。通过ODBC可以访问来自多种数据库管理系统的数据。例如，ODBC数据源会允许一个访问SQL数据库中数据的程序，同时访问Visual FoxPro数据库中的数据。为此，必须为系统添加称为“驱动程序”软件组件。

步骤9：在“管理工具”窗口中，双击“数据源 (ODBC) ”图标，打开“ODBC数据源管理器”对话框，请描述其中各选项卡的功能，填入表2-8中。

表2-8  实验记录

实验二：进程控制与描述

2.1  Windows 2000编程

(实验估计时间：120分钟)

实验内容与步骤

1、  简单的控制台应用程序

2、   GUI应用程序

3、  进程对象

    1. 简单的控制台应用程序

创建一个名为“Hello，World”的应用程序。

步骤1：登录进入Windows 20## Professional。

步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“记事本”命令，将清单3-l中的程序键入记事本中，并把代码保存为Hello.cpp。

   

清单3-1  一个简单的Windows 2000控制台应用程序

    

 // hello项目

      # include <iostream>

      void main()

      {

          std::cout << “Hello, Windows 2000” << std :: endl ;

      }

步骤3：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，并利用简单的标准命令行：

C:\> CL Hello.cpp

来创建可执行的Hello.EXE。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

不行，可能原因是：需要添加环境变量CL.EXE

Dos中提示：‘CL’不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。

   步骤4：运行Hello.EXE程序，产生用户键入的一行文字。

运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：

    2. GUI应用程序

在下面的实验中，C++ 编译器创建一个GUI应用程序，代码中包括了WinMain() 方法，这是GUI类型的应用程序的标准入口点。

步骤5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“记事本”命令，将清单3-2中的程序键入记事本中，并把代码保存为3-2.cpp。

    清单3-2  Windows 2000的GUI应用程序

    

步骤6：在“命令提示符”窗口运行CL.EXE，产生3-2.EXE文件：

C:\> CL 3-2.cpp

在清单3-2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/连接器找到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CL  MsgBox.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Visual Studio C++ 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 (试将其中的信息与清单3-1程序的运行结果进行比较) ：

    3. 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。

步骤7：将清单3-3.cpp程序键入记事本中，并把代码保存为3-3.cpp。

清单3-3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，正如清单3-3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。

步骤8：在“命令提示符”窗口运行CL.EXE，产生3-3.EXE文件：

C:\> CL 3-3.cpp

运行结果：

步骤9：将清单3-4.cpp程序键入记事本中，并把代码保存为3-4.cpp。

清单3-4显示如何找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。

清单3-4  利用句柄查出进程的详细信息

清单3-4程序首先利用Windows 2000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。

步骤10：在“命令提示符”窗口运行CL.EXE，产生3-4.EXE文件：

C:\> CL 3-4.cpp

运行结果：

 

实验三    Windows 2000进程的“一生”

(实验估计时间：120分钟)

 实验内容与步骤：

1、创建进程

2、正在运行的进程

3、终止进程

    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：登录进入Windows 20## Professional。

步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”–“Microsoft Visual C++ 6.0”命令，进入Visual C++窗口。

步骤3：在工具栏单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序3-5.cpp。

     清单3-5  创建子进程

     

步骤4：单击“Build”菜单中的“Compile 3-5.cpp”命令，系统显示：

        This build command requires an active project workspace. Would you like to
    create a default project workspace ?

( build命令需要一个活动的项目工作空间。你是否希望建立一个缺省的项目工作空间？)

单击“是”按钮确认。系统对3-5.cpp进行编译。

步骤5：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build 3-5.exe”命令，建立3-5.exe可执行文件。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

能够正常运行

步骤6：在工具栏单击“Execute Program”(执行程序) 按钮，或者按Ctrl + F5键，或者单击“Build”菜单中的“Execute 3-5.exe”命令，执行3-5.exe程序。

步骤7：按Ctrl + S键可暂停程序的执行，按Ctrl + Pause (Break) 键可终止程序的执行。

清单3-5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：create  new  console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____10____个核心参数？本实验程序中设置的各个参数的值是：

a. _   szFilename_______________________________________________；

b. _   szCmdLine______________________________________________；

c. ___ NULL______________________________________________；

d. ____ NULL_____________________________________________；

e. _    FALSE______________________________________________；

f. ___  CREATE_NEW_CONSOLE_____________________________________________；

g. _____ NULL____________________________________________；

h. ______NULL____________________________________________;

i. &si

j. &pi

程序运行时屏幕显示的信息是：

Process ID:4204,Clone ID:0

Press any key to continue

    2. 正在运行的进程

本实验的程序中列出了用于进程信息查询的API函数GetProcessVersion() 与GetVersionEx() 的共同作用，可确定运行进程的操作系统的版本号。

步骤8：在Visual C++ 窗口的工具栏中单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序3-6.cpp。

   

清单3-6  使用进程和操作系统的版本信息

步骤9：单击“Build”菜单中的“Compile 3-6.cpp”命令，再单击“是”按钮确认。系统对3-6.cpp进行编译。

步骤10：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build 3-6.exe”命令，建立3-6.exe可执行文件。

   

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

      能够正常运行

步骤11：在工具栏单击“Execute Program” (执行程序) 按钮，执行3-6.exe程序。

运行结果：

当前PID信息：Process ID:2712,requires os:10

当前操作系统版本：Running on os:5.1

系统提示信息：Task Manager should now indicate this process is high priority

清单3-6中的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GetVersionEx() 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：

Windows 2000当前版本为 OS：5.0

清单3-6的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Windows 2000。代码接着将当前进程的优先级提高到比正常级别高。

步骤12：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“3-6”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“3-6”任务对应的进程映像名称是 (为什么？) ：

____________MSDEV.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3-6.exe程序，屏幕显示有变化吗？为什么？

 屏幕显示有变化,运行结果为：

除了改变进程的优先级以外，还可以对正在运行的进程执行几项其他的操作，只要获得其进程句柄即可。SetProcessAffinityMask() API函数允许开发人员将线程映射到处理器上；SetProcessPriorityBoost() API可关闭前台应用程序优先级的提升；而 SetProcessWorkingSet() API可调节进程可用的非页面RAM的容量；还有一个只对当前进程可用的API函数，即SetProcessShutdownParameters() ，可告诉系统如何终止该进程。

    3. 终止进程

在清单3-7列出的程序中，先创建一个子进程，然后指令它发出“自杀弹”互斥体去终止自身的运行。

步骤13：在Visual C++ 窗口的工具栏中单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序3-7.cpp。

清单3-7  指令其子进程来“杀掉”自己的父进程

清单3-7中的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。

步骤14：单击“Build”菜单中的“Compile 3-7.cpp”命令，再单击“是”按钮确认。系统对3-7.cpp进行编译。

步骤15：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build 3-7.exe”命令，建立3-7.exe可执行文件。

    操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

  操作能正常进行

步骤16：在工具栏单击“Execute Program”按钮，执行3-7.exe程序。

运行结果：

1)Creating the child process

表示：创建了一个子进程

2)Telling the child process to quit

表示：退出子进程

步骤17：在熟悉清单3-7源代码的基础上，利用本实验介绍的API函数来尝试改进本程序 (例如使用GetProcessTimes() API函数) 并运行。请描述你所做的工作：

    GetProcessTimes()  API 可向主调者显示进程终止时间

实验四：并发与调度

Windows 2000线程同步

(实验估计时间：120分钟)

实验内容与步骤

1、  事件对象

2、  互斥体对象

    1. 事件对象

清单4-1程序展示了如何在进程间使用事件。父进程启动时，利用CreateEvent() API创建一个命名的、可共享的事件和子进程，然后等待子进程向事件发出信号并终止父进程。在创建时，子进程通过OpenEvent() API打开事件对象，调用SetEvent() API使其转化为已接受信号状态。两个进程在发出信号之后几乎立即终止。

步骤1：登录进入Windows 20## Professional。

步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”–“Microsoft Visual C++ 6.0”命令，进入Visual C++窗口。

步骤3：在工具栏单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序4-1.cpp。

清单4-1  创建和打开事件对象在进程间传送信号

步骤4：单击“Build”菜单中的“Compile 4-1.cpp”命令，并单击“是”按钮确认。系统对4-1.cpp进行编译。

步骤5：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build 4-1.exe”命令，建立4-1.exe可执行文件。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

  操作能正常进行   

步骤6：在工具栏单击“Execute Program” (执行程序) 按钮，执行4-1.exe程序。

运行结果 (分行书写。如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ：

1) Event created

2) Child created

3) Parent waiting on child

4) Child process begining……

5) Event signaled

6) Parent received the event signaling from child

7) Parent released

这个结果与你期望的一致吗？(从进程并发的角度对结果进行分析)

阅读和分析程序4-1，请回答：

1) 程序中，创建一个事件使用了哪一个系统函数？创建时设置的初始信号状态是什么？

a. create event()函数；

b. FALSE 代表无信号状态

2) 创建一个进程 (子进程) 使用了哪一个系统函数？

CreateChild()函数中的CreateProcess()API函数

3) 从步骤6的输出结果，对照分析4-1程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述：

Main()检查父进程或子进程是否启动，选择相应入口。然后进入waitforchild(),创建事件，再创建子进程CreateChild()并一直等待直到子进程发出信号。与此同时，子进

程完成创建进入SignalParent()函数，打开句柄向父进程传出信号，最后清楚句柄。

    2. 互斥体对象

清单4-2的程序中显示的类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) 。

步骤7：在Visual C++ 窗口的工具栏中单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序4-2.cpp。

  

 清单4-2  利用互斥体保护共享资源

   

步骤8：单击“Build”菜单中的“Compile 4-2.cpp”命令，并单击“是”按钮确认。系统对4-2.cpp进行编译。

步骤9：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build 4-2.exe”命令，建立4-2.exe可执行文件。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？

能够正常运行

步骤10：在工具栏单击“Execute Program”按钮，执行4-2.exe程序。

分析程序4-2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？) ：

2) 根据运行输出结果，对照分析4-2程序，可以看出程序运行的流程吗？请简单描述：

可以看到减线程的交替执行 (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。