2023年6月22日发(作者：)
《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
2009.9
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
实验四
实验五
实验六
实验七
实验八
实验九
实验十
Windows中的线程与线程同步现象
操作系统中的经典线程同步问题
死锁避免—银行家算法的实现
Windows内存管理
分页内存管理算法模拟
页面置换算法的模拟实现
磁盘调度中的电梯调度算法实现
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”行”，并输入“”。如下图所示：
“运
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
1
2
3
4
5
6
7
8
进程ID
线程数量 占用内存 优先级
占CPU时间
虚拟内存
3、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：、、、，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“”，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 （说出进程的作用）。
5、运行“spy++.exe”应用软件，点击按钮“程“”的各项信息，并填写下表：
”，切换到进程显示栏上，查看进
表二：统计线程的各项信息
进程： 中的各个线程
序号
1
2
3
4
5
进程ID
线程ID
基本优先级
当前优先级
CPU时间
上下文开关
6
7
8
9
10
11
12
13
14
6、注意某些线程前有“＋”，如图所示：的差异是 。
，说明二者之间四、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 ”，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、、、等应用程序）
表一：统计进程的一些信息
序号 进程名称
1
2
3
4
5
6
7
8
进程ID
父进程ID
优先级 线程数
Heaps数量 模块数量
3、从上表中观察“进程ID”和“父进程ID”两栏，总结并画出下列程序间的亲缘关系：、、、。
4、打开“ProcessInfo”工程文件，打开文件“”，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
#include
#define MaxCount 9000000 // 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++){
}
return 0;
i++; DWORD __stdcall fun2( LPVOID p1)
{
}
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，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)
{
}
DWORD __stdcall fun2( LPVOID p1)
{
for( int j =0 ;j < MaxCount;j++){
::EnterCriticalSection(&cs);
i--;
::LeaveCriticalSection(&cs);
for( int j =0 ;j < MaxCount;j++){
}
::EnterCriticalSection(&cs);
i++;
::LeaveCriticalSection(&cs);
for( int j =0 ;j < MaxCount;j++){
}
return 0;
i--; }
}
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 hThread[2];
::InitializeCriticalSection(&cs);
hThread[0] = ::CreateThread(0,0,fun1,0,0,&id1);
hThread[1] = ::CreateThread(0,0,fun2,0,0,&id2);
::WaitForMultipleObjects(2,hThread,1,INFINITE);
printf("i = %dn",i);
::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_”，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、运行“”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 AllocMatrix[5][4] // 已经分配资源矩阵
int RequestMatrix[5][4] // 需求矩阵
int AvailResource[4] // 可用资源向量
int TryProcess[5] // 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 AllocMatrix[5][4]={
{0,0,3,2},
{1,0,0,0},
{1,3,5,4},
{0,3,3,2},
{0,0,1,4}
};
// 已经分配资源矩阵
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( AvailResource[0] >= RequestMatrix[k][0]
&& AvailResource[1] >= RequestMatrix[k][1]
&& AvailResource[2] >= RequestMatrix[k][2]
for(int i=0;i<4;i++)
int SearchSecurity(int level) //递归函数
{
if(level == 4){
}
else{
}
……
SearchSecurity(level+1); // 有条件递归调用自己
……
AvailResource[i] -= AllocMatrix[k][i]; // 恢复资源
&& AvailResource[3] >= RequestMatrix[k][3])//若资源能使进程ProcessID结束
} 其余由大家自行完成。
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。
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“”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“”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“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“”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“”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、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21－12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：1－8段从内存的200000H处开始由低地址到高地址连续存放，映射到3G＋4M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 Pages 26 // 本题定义的总的页面个数
#define 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
// ......省略其它页表
#define CODE 20
#define STACK 21
#define DATA 22
#define BUFFER 23
#define DISPLAYMEM 24
2、初始化页目录表、页表中的数据
p = (unsigned int *)PysicalMemAddr[PDT]; // p 指向页目录表
p[FirstLinearAddr>>22] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT1];// 将第1 个页表的地址填入页目录表中
p = (unsigned int *)PysicalMemAddr[PT1]; // p 指向第1 个页表
p[(FirstLinearAddr+4096*IDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[IDT];//
将 IDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*TSS)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[TSS];// 将 TSS 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*GDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[GDT];// 将 GDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[PDT];// 将 PDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT1)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[PT1];// 将 PT1 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT2)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[PT2];// 将 PT2 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT3)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[PT3];// 将 PT3 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT4)>>12 & 0x3FF] = (unsigned
int)PysicalMemAddr[PT4];// 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 *)PysicalMemAddr[PDT]; // p 指向页目录表
pTable = (unsigned int *)p[linear>>22]; // pTable 指向页表
pChar = (char *)pTable[linear>>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 PysicalBlocks[InitPysiBlocks] = { 0 };
unsigned int PageSequence[30] = { 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。
实验十 Windows中的消息机制
一、实验目的
1、掌握操作系统中消息的概念。
2、理解消息机制的实现。
3、掌握Windows中消息的操作函数。
二、实验理论基础及教材对应关系
1、操作系统中消息的概念和作用。
2、操作系统的内存管理。
3、本实验内容主要对应于教材第2、3、4章。
三、实验内容与步骤
1、通过应用程序观察消息在进程中的传递，同时运行两个“”应用程序，下面界面所示：
图1、进程 A 的运行界面
图2、进程 B 的运行界面
2、点击进程A的“Send Data1to other windows”按钮，可以看到“Data1”数据发送到了进程B的信息框内了。点击进程A的“Send Data2 to other windows”，数据将发到进程B的第二个信息框内。同样，操作进程B的按钮，具有类似的效果。
3、实验用到的主要API函数和结构：
(1)、功能：寻找参数lpszClass所指定的窗口，由于进程A、B之间相互发现对方。
HWND FindWindowEx(
HWND
hwndParent,
);
(2)、功能：发送消息给其他窗口：
LRESULT SendMessage(
);
(3)、进程间通过WM_COPYDATA消息进程数据传输用到的结构体：
typedef struct tagCOPYDATASTRUCT {
ULONG_PTR dwData;
DWORD cbData;
PVOID lpData;
HWND
hWnd,
UINT
Msg,
WPARAM
wParam,
LPARAM
lParam
HWND
hwndChildAfter,
LPCTSTR
lpszClass,
LPCTSTR
lpszWindow
} COPYDATASTRUCT, *PCOPYDATASTRUCT;
4、看懂源代码，自己实现类似的功能。
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。
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