程序代写代做代考 c/c++ algorithm c# Good Morning Everyone!!!

Good Morning Everyone!!!
软件课程设计III 指导老师:王晓峰、邹建伟

课程设计目的
 操作系统是一门实践性很强的课程。如果只学习操作系统原理(概念)而不进行操作系统的具体设计实践，是很难真正掌握操作系统这门课程的精髓
 会写程序、写好程序
2.62
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课程设计实践平台
 Windows 2000/XP/Vista/7/8/10  Linux*
 使用的编程语言:C/C++
3.62
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相关内容
 进程、线程的创建与使用  存储管理
 I/O管理
 文件系统
 系统安全
4.62
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核心内容
线程
– 多核处理器
– “常规”而不是“先进”工作
SMP
CPU
CPU
系统总线
5.62
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内存

时间、地点安排
 学分:2学分，必修。如果不通过，只能重修，没有补考。
 软件课程设计答疑及答辩时间:第8~13周 (10月10日~11月18日)
– 每周三下午2:00~4:30邹建伟老师答疑及答辩 – 每周五下午2:00~4:30王晓峰老师答疑及答辩
 提交作业截止时间:
– 2016年11月16(邹建伟老师的学生)/18(王晓峰
老师的学生)日下午5:00之前。
 答疑、交报告及答辩地点:计算机学院机房
6.62
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课程设计的要求(20%)  1.认真、独立(非小组)完成实践内容
 2.按时、按要求提交源程序、测试数据和课程设计报告 (包含以下4项):
– 1程序源代码
– 2测试数据
– 3实践报告Word文档
– 4软件课程设计III成果资料封面(Word文档)
7.62
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实践报告要求
 1基本信息
 2实践内容简要描述
 3实践报告主要内容
 4实践结果
 5实践体会
 6附件:参考文献
 详见“实践报告要求 .pdf”
8.62
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成绩评定
 成绩评定方式:
– 自评与教评行结合
– “良”以上需要答辩(质疑)，发现COPY即为“不及格”，评定为优良的同学需要妥善保管你的成果。
– 评优的比例为全部学生数的20%以下，先来先得， “中”以“及格”的区别以学习态度、任务完成情况、代码质量和文档规范程度加以区分。评中或及格的同学无需当面答辩。
9.62
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提交
 将封面、报告、源程序及测试数据打包 COPY到实验室指定的电脑中。
– 具体要求详见“老师的要求” 文档
10.62
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课程设计目的
 (1) 了解Windows操作系统的基本结构 (2) 了解Windows操作系统的“对象”
 (3) 学会在Win32环境下，创建进程和线程
 (4) 学会在Win32环境下，采用不同的 “对象”解决临界区问题和有限缓冲区问题
 (5) 实现P、V操作
11.62
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相关操作系统理论知识
 进程和线程
 同步和互斥机制及实现方法
 临界区
 Dijkstra的信号量机制
– 利用二值信号量实现信号量的方法
 设备文件* 12.62
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单线程和多线程进程
13.62
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进程与线程的区别
14.62
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线程的实现方法
– 用户级线程
 内核仅支持进程模型，不支持线程
模型(以进程为调度单位)
– UNIX、Linux:POSIX 1003.1C
– 内核级线程
 内核不仅支持进程模型，同时也支持线程模型(以进程为资源分配单位，以线程为调度单位 )
15.62
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多线程模型
 多对一:用户级线程
 一对一:每个用户级线程都对应一个核心级线程(内核级线程)，如 Windows、Solaris、OS/2等
 多对多:一个或多个用户级线程都对应一个核心级线程(内核级线程)，如Solaris版本9及以前的版本
16.62
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17.62
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一对一模型

Windows 2000/XP的构成
18.62
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Windows环境子系统
 提供Windows应用程序接口，为应用程
序提供服务。
– 基于Windows环境程序开发角度来理解: Windows环境子系统提供API(32/64)函数调用
 Win32子系统动态连接库(如: KERNEL32.DLL、USER32.DLL、 GD132.DLL和Advapi32.DLL)实现 Win32API函数。
19.62
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Windows API
 Windows 应用程序编程接口(Windows application programming interface，Windows API)是为在Windows操作系统上运行的应用程序合法使用计算机资源而提供一组可被应用程序调用的函数集合。
 依据不同性质的应用程序，Windows提供多种层次、多种形式的调用界面。
– C/C++ – C#
– VB
– 等等
20.62
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Windows API
 Windows API是Microsoft为Windows操作系统家族(包括Windows 10 、Windows 8、 Windows 7、Windows Vista、、Windows XP、 Windows 2000、Windows Millennium Edition (Me)、Windows98、Windows95、Windows Sever 家族、Windows CE和Windows phone) 定义的编程接口，但是在这个家族中不同种类的操作系统上实现的可能只是这个Windows API的不同子集。
 Windows API的32位版称为Win32 API。
21.62
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Windows API
 在Windows API中，定义了上万个函数调用接口，这些函数目前微软将他们划分为以下几大
主要类别:
– Windows and Windows Phone
– MicrosoftAzure
– Office
– Development Tools and Languages – Server and Enterprise
– Services 22.62
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Windows API
 Microsoft的Platform Software Development Kit(SDK)文档，是描述 Windows API的官方文档。这个文档可以在http://msdn.microsoft.com上免费访问，也可以在Microsoft为了方便程序员编程而发布的各级别Microsoft Developer Network(MSDN)找到。
23.62
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Windows的对象  对象描述资源
– 当一个应用程序从操作系统获得资源时，资源总是以某个(某种)对象的形式体现出来，或者说某个(某种)对象呈现了某种系统资源的状况。
 应用程序通过使用环境子系统实现的对象来使用系统资源。
– 如:同步操作并影响线程调度。调度对象包括内核线程、互斥体(Mutex)、事件(Event)、内核事件对、信号量(Semaphore)、定时器和可等待定时器
25.62
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执行体对象
 执行体对象和对象服务是环境子系统用于构建其对象和其它资源的基础。
 执行体对象对于环境子系统来说是机制， Windows环境子系统使用执行体对象导出它自
己的对象集合，其中许多对象直接对应于执行
体对象。
 执行体对象只能通过Windows API合法使用
 在核心态空间实现，所以有些资料称其为内核对象，下面所述的“内核对象”即为“执行体对象”的同义语
 实现对资源的两级保护
26.62
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 主要的执行体对象:
– Oject directory
– Symbolic link
– Process
– Thread
– Job
– Section
– File
– Access Token
– Event
– Semaphore
– Mutant
– Timer
– IoCompletion
– Key
– Profile
– WindowStation
– Desktop:
27.62
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执行体对象

使用对象
– Create :
 输入参数:对象名、安全属性及其它参数  输出参数:对象句柄(handle)和对象ID
– 通过句柄使用对象
– 获得已创建对象的句柄: Open
 创建对象
28.62
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Handle、Handle表和Handle描述符
 handle是一个存在于用户空间下的数据结构，通过它来访问NT 执行体内的一个数据结构——handle表。handle表中的一个表项称为一个handle描述符，handle描述符是用来记录内核对象相关信息的数据结构。
29.62
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Handle、Handle表和Handle描述符
30.62
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安全属性
 Create函数，需要一个类型为 SCURITY_A TTRIBUTE结构类型变量的指针， SCURITY_A TTRIBUTE结构体内含有一个安全描述符(security descriptor，类型为struct SECURITY_DESCRIPTOR)用于核查调用者的权限。系统的安全机制基于运行这个软件的用户所具有的身份验证(authenticate)信息，决定是否授予请求的权限。缺省情况下只要提供一个空指针(NULL)即可。
31.62
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安全属性
 如果系统安全机制认可了请求的访问权限，它会返回一个访问权限集合，对象管理器会将这个权限集合保存到这个进程之handle表中的handle描述符中。以后，当这个进程中的线程使用这个handle时，在内核代码使用这个handle描述符去访问对象之前，会把线程提交的访问权限集合与存储在handle表的权限集合进行对比，以决定是否允许线程访问该对象。
32.62
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Win 32中与进程控制有关的主要API函数
 CreateProcess  OpenProcess  ExitProcess
 CloseHandle
33.62
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创建进程的方法
 参见例子sm1
34.62
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任务1 命令解释器的实现(10%)  将batch文件中所列的应用程序启动运行
(批处理)
 提交的程序名:ex1
 测试数据(batch文件中的内容 for Windows 10):
 C:\windows\notepad.exe
 C:\windows\system32\calc.exe
 C:\windows\write.exe
35.62
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Win32中与线程控制有关的主要 API函数
 CreateThread
 ExitThread
 Sleep
 SuspendThread  ResumeThread
36.62
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线程编程模型
37.62
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创建线程的方法
 参见sm2、sm3、sm4和sm5
38.62
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协作线程—兄弟问题  设置竞争条件 :
– 定义两个全局变量:accnt1和 accnt2，初值都为零;
– 创建两个线程acc1和acc2:
 (1)获得一个随机数;
 (2)从accnt1减去这个随机数;
 (3)将这个随机数加到accnt2中;
 (4)正确的话，accnt1+accnt2=0
– 参见:sm6(该程序代码目前是不正确的，
即不能保证 accnt1+accnt2=0 )
39.62
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任务2:(20%)
 用软件方法解决上述临界区问题—兄弟问题，
即要求修改sm6，实现 accnt1+accnt2=0 。  提交的程序名:ex2
 采用的算法可选择: – Peterson算法:
 参考文献[1]:7.2.1.3 Algorithm 3 ( Peterson算法)
 参考文献[2]:6. 3 Peterson算法 – Dekker算法:
 参考文献[1]: Exercises 7.4  参考文献[2]: Exercises 6.1
40.62
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Peterson算法
 boolean flag[2]; //初值false  int turn;
do {
flag [i]= true;
turn = j;
while (flag [j] and turn == j) ;
临界区; flag [i] = false;
剩余区; } while (1);
41.62
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使用Windows对象解决临界区问题
 Windows执行体对象:
– 互斥对象(Mutex)
– 事件对象(Event)
– 信号量对象(Semaphore)
 Windows子系统对象
– 临界区(Critical Section)
42.62
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事件对象(Event)
 事件可分为两类:
 自动重置(清除)事件:一旦事件成为有信号状态且被处理后(通过调用 WaitForSingleObject或WaitForMultipleObject函数)，将自动恢复到无信号状态;
 人工重置(清除)事件:事件成为有信号状态且被处理后(通过调用WaitForSingleObject或 WaitForMultipleObject函数)，不会自动恢复到无信号状态，即依然保持在有信号状态，除非人工设置为无信号状态(通过调用 ResetEvent函数)。
45.62
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事件对象(Event)
 相关API包括:
 CreateEvent创建一个事件对象，返回对象句柄;
 OpenEvent返回一个已存在的事件对象的句柄，用于后续访问;
 SetEvent和PulseEvent设置指定事件对象为有信号状态;
 ResetEvent设置指定事件对象为无信号状态;
 ReleaseEvent销毁事件对象，释放事件对象占用的资源
 使用事件对象的例子:sm4
46.62
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信号量对象(Semaphore)
 信号量对象的取值在0到指定最大值之间，
用于限制并发访问的线程数 相关Win32 API函数:
– CreateSemaphore创建一个信号量对象，指定最大值和初值，返回对象句柄;
– OpenSemaphore 返回一个已存在的信号量对象的句柄，用于后续访问;
– ReleaseSemaphore销毁信号量对象，释放信
号量对象占用的资源;
48.62
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临界区(Critical Section)
 相关Win32 API函数:
– InitializeCriticalSection对临界区对象进行初始化;
– EnterCriticalSection等待进入临界区的授权，得到授权后该函数返回;
– TryEnterCriticalSection非等待方式申请进入临界区的授权;申请失败时，返回0;
– LeaveCriticalSection释放临界区的使用权;
– DeleteCriticalSection释放与临界区对象相关的所有
系统资源。 51.62
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使用临界区和互斥对象的例子
 读者-写者问题:读者优先，参看sm5
W riter
wait(Wmutex); write;
signal(Wmutex);
 参见sm5
wait(Rmutex);
if (Rcount == 0)
wait(Wmutex); ++Rcount;
signal(Rmutex); read;
wait(Rmutex); –Rcount;
if (Rcount == 0)
signal(Wmutex); signal(Rmutex);
Reader
52.62
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任务4 (15%)
 用Win32所提供的同步对象解决有限缓冲
区问题 (生产者-消费者问题)
– 写一个多线程实现C/C++语言程序:一些线程负责找出某个数据范围的素数，并放到一个数组中，另一些线程负责将数组中的素数按次序取出，并显示出来。
– 要求定义一个全局变量的数组:int prime[9] 用于存放找到的待显示的素数，要理解成 “环形缓冲区”。
54.62
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任务4:生产者-消费者问题(the producer-consumer problem)
• 生产者:
• wait (empty);
• wait (mutex);
• buffer[in]=x;
• in=(in+1)%N;
• signal (mutex);
• signal (full);
 消费者:
– wait(full);
– wait(mutex);
– nextc=buffer[out]; – out=(out+1)%N;
– signal(mutex);
– signal(empty);
57.62

任务4 (15%)  要求:
– 使用“生产者-消费者”算法
 找素数线程每次只能放入一个素数  显示线程每次只能取一个素数
– 该题目的难点在于:
 找素数线程如何知道显示线程已经结束(如果结束它自身
也要结束，此时缓冲区是满的)
 显示线程如何知道找素数线程已经结束(如果结束它自身
也要结束，此时缓冲区是空的)
– 可以将找素数线程和显示线程分别在两个不同的进
程中实现或在一个进程内实现
59.62
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使用二进制信号量实现信号量
binary-semaphore S1, S2; //初值:S1=1，S2=0 int C;//初值:资源数目
 wait(或P)操作: wait(S1);
C – -;
if (C < 0) { signal(S1); } wait(S2); signal(S1);  signal (或V)操作: wait(S1); C ++; if (C <= 0) signal(S2); else signal(S1); 61.62 2016年9月 ©2015邹建伟制作版权所有参考文献  [1] Abraham Silberschatz ,Peter Baer Galvin and Greg Gagne. Operating System Concepts ,6th Edition(影印版). 北京: 高等教育出版社. 2002  [2] Abraham Silberschatz ,Peter Baer Galvin and Greg Gagne. Operating System Concepts ,Seventh Edition(影印版). 北京:高等教育出版社. 2007 62.62 2016年9月 ©2015邹建伟制作版权所有

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