МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ

Руководство к лабораторной работе № 1

«Исследование обмена сообщениями в Windows»

по курсу

«Операционные системы»

Составители: Болотов М.В., Дроздов С.Н.

Для студентов направлений/специальностей

231000 «Программная инженерия»

230100 «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем»

010500 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем»

090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

090303 «Организация и технология защиты информации»

Таганрог   2013

1Цель работы

Целью данной работы является ознакомление с механизмом сообщений в операционной системе Windows, способами генерации и обработки сообщений, а также приобретение навыков исследования потока сообщений с помощью программы Spy++.

2Основные сведения

2.1Нити и сообщения

2.1.1.Процессы и нити

Перед тем, как приступить к изучению работы механизма сообщений в операционной системе Windows, кратко рассмотрим понятия программы, процесса и нити в Windows.

Программа (приложение) – это набор исполняемых команд, хранящийся в EXE-файле и загружаемый в оперативную память при выполнении.

Процесс – это контейнер для набора ресурсов, используемых для выполнения экземпляра программы. Процесс включает в себя:

• виртуальное адресное пространство – диапазон адресов виртуальной памяти, которым может пользоваться процесс;

• исполняемую программу – коды команд и данные, размещаемые в виртуальном адресном пространстве;

• список открытых описателей («хэндлов») различных системных ресурсов, доступных всем нитям данного процесса;

• уникальный идентификатор процесса;

• первичную нить;

• маркер доступа, идентифицирующий пользователя и привилегии, сопоставленные процессу.

Нить (thread; иногда переводится также «поток») – это последовательность выполнения команд программы в рамках процесса. Каждый процесс содержит, как минимум, одну нить, создаваемую при старте приложения (первичную нить). Первичная нить может порождать дополнительные нити, выполняемые параллельно с нею. Windows выделяет кванты процессорного времени для каждой нити. Все нити работают в едином виртуальном адресном пространстве процесса и могут использовать все его глобальные переменные и ресурсы.

2.1.2.Механизм сообщений в Windows

Все операционные системы семейства Windows относятся к типу систем, управляемых событиями. Это означает, что работа прикладных программ строится не в виде непрерывного потока выполнения операций, а в виде реакции программы на определенный набор событий, таких как движение мыши, нажатие клавиши, срабатывание таймера и др., т.е. изменений в состоянии системы и внешних устройств. В системе Windows эти события называются сообщениями (Message), и с каждым сообщением связана структура данных, содержащая информацию, полезную для обработки сообщения. Эта структура на языке C++, описанная в файле WINUSER.H, определяется следующим образом:

/* структура сообщения */

typedef struct tagMSG

{

HWND hwnd; // хэндл окна, которому предназначено

// сообщение

UINT message; // идентификатор (тип) сообщения

WPARAM wParam; // дополнительная информация

LPARAM lParam; // к сообщению

DWORD time; // время посылки сообщения

POINT pt; // положение курсора мыши

} MSG;

Здесь hwnd – числовой описатель (хэндл, handle) окна-получателя. Он присваивается окну при создании. Есть также возможность определить хэндл окна по координатам точки на экране. Допускается специальное значение HWND_BROADCAST, означающее посылку сообщения всем окнам верхнего уровня, существующим в системе (но не дочерним окнам, к которым относятся кнопки, поля ввода и прочие управляющие элементы). Если сообщение послано не окну, а самому процессу (точнее, одной из его нитей), то значение hwnd устанавливается равным NULL.

Идентификатор (тип) сообщения message определяет, что, собственно говоря, случилось. Как правило, в тексте программ тип сообщения указывается в виде одной из многочисленных системных констант, например WM_MOUSEMOVE (0x0200) или WM_TIMER (0x0113).

Идентификаторы сообщений могут принадлежать одному из нескольких диапазонов.

• С 0х0000 до 0x03FF – системные сообщения, их идентификаторы изначально заданы в OC и не могут быть переопределены.

• С 0х0400 (константа WM_USER) до 0x7FFF – пользовательские сообщения, которые определяются в приложении и используются для обмена сообщениями между окнами этого приложения. В этом же диапазоне располагаются идентификаторы тех сообщений, которые элементы управления (кнопки, поля ввода, поля со списком, полосы прокрутки и т.п.) посылают своему родительскому окну, оповещая о нажатии пользователем кнопки, выборе из списка и т.п. Сообщения из этого диапазона обычно не посылаются другим приложениям, поскольку те их просто «не поймут».

• С 0х8000 (константа WM_APP) до 0xBFFF – в Windows версии NT 4.0 и выше данный диапазон также отведен для пользовательских сообщений.

• С 0хС000 до 0xFFFF – идентификаторы сообщений, определяемых во время исполнения, если пользовательская программа вызывает функцию RegisterWindowMessage.

• Больше 0xFFFF – идентификаторы, зарезервированные за ОС.

Сообщения, посылаемые элементам управления окна, могут иметь префиксы, отличные от WM_, так, например, BM_ – сообщения для кнопок (Button Messages); LB_ – для списков (ListBoxes).

Параметры wParam и lParam – это 4-байтовые значения, смысл которых зависит от конкретного сообщения.

Параметр time задает время посылки сообщения в миллисекундах от момента запуска операционной системы.

Параметр pt задает экранные координаты курсора мыши в момент посылки сообщения (два целых числа, x и y). Этот параметр важен при обработке сообщений от мыши.

Когда и с какой целью посылаются сообщения? Самый общий ответ на этот вопрос звучит очень просто: они посылаются во всех случаях, когда в работе системы происходит некоторое событие, которое может оказаться важным для какой-либо программы. Задача сообщения – известить о событии «тех, кого это касается». Например, если событие связано с мышью (была нажата или отпущена одна из кнопок либо мышь была перемещена), то система посылает соответствующее сообщение тому окну, на котором в момент события находился курсор. В других случаях сообщение может быть послано конкретно указанной нити или окну либо, наоборот, всем окнам в системе.

Большая часть сообщений Windows (хотя далеко не все сообщения) связана с функционированием системы оконного интерфейса (GUI) – открытием и закрытием окон, изменением их размера и позиции, сменой активного окна, перемещением курсора по окну, нажатием кнопок в окне и т.п.

Система Windows всегда готова к тому, что прикладная программа может не выполнить обработку сообщения (на самом деле, программист обычно использует только некоторые из получаемых его программой сообщений). В этом случае система выполняет некоторую стандартную обработку, предусмотренную для данного типа сообщений, либо не выполняет никаких действий.

Строго говоря, можно написать программу для Windows, не использующую сообщений. Однако в этом случае работать с оконным интерфейсом будет невозможно.