Лабораторные работы / Задания / ЛР 2 ПРОЦЕССЫ И ПОТОКИ

Лабораторнаяработа№

2

Процессы ипотоки

Цельработы:

получепрактическихнавыковие

использования Win32

API дляисследованияпроцессов

Процесс - этоисполняемыйэкземплярприложения

и наборресурсов,которыевыделяются

данномуисполняемомуприло

жению. Ресурсамиявляются

:

•

виртуальадресноепространство

;

•

системныересурсы,такие

какрастровыеизображения

, файлы,

облпасти

мяти .д.;

•

модулипроцесса,тоестьсполняемыемодули

, которыеотображеныза(

гружены)в

егоадресноепространство

. Этомог

утбы ть динамическиебибл

иотеки( DLI),драйверы(

DRV)и

управляющиеэлементы(

OCX),основной загрузочныймодуль(

ЕХЕ)процесса,которыйиногда

называютсобствен

но модулем. Модуданныхи(лиь

программныйодуль)может

находиться

надиске,или

может бытьза

гружен вфизическуюпамять(

RAM). Правда,

терминзагружен« »

(loaded)

имеетиное

значение,относящеесяквиртуаль

адресному

пространпроце. ствуса

Здесьбольш

еподходтермитн

«отображен» (

mapped), таккаксамоот бражение

- этопросто

назначениевирт уальнымадресамфизических

ресов.

После тогокакмоду

льзагружен

в

физическуюпамять,его адрмоесгуттображатьсякиевразличные

виртуальные

адресныепространств

а,

приэтвозможноиспользование

вкаждомпроцессеразных

виртуальныхадресов.Ото

бражение не обязательно требуетфизическогоперемещенияреальных

данныхили

программхотя(

бываетитак)

;

•

уникальидентификационныйомер,называемыйидентификатором

процесса;

•

одинил

инесколькопотоковупра ления

.

Поток - этовну тренняя составляющаяпро

цесса,которойоперационнаясистемавыделяет

процессорноевремя

.Каждый

процессдолжениметь,покрайней

мере,

одинпоток

. Поток

включает:

•

текущсостояниер гистровпроцессора

;

•

двастека,одинизкоторыхиспольз

уетсяпривыполнениирежимеядра,

второй - привыполнениипользовательском

режиме;

•

участок памятидлярабодсистемты

, библиотекивременвыполнения,

•

динамическиебиблиотеки;

•

уникальныйидентификатор

,называемыйидентификаторомпото

ка.

Состояниерегистр,содержимоестекабластивп

амятина

зываютконтек

стом

потока.

Основнназначениепо

токов - датьпроцессу

возможность подднесколькорживатьветвей

упра,тоестьвленияыпболдел«»ьшенять

одновремен.Вмногопроцессорнойконфигурации

(компьютсдвумяиболеер

процессорами)

Windows NT можетназначатьразныепотокиразным

процессвразличныемовремментырам,об действительноспечиваяни

параллельную

обработ.Воднопроцессорнконфигурациидолженрй

выделяквантывремениь

каждомуисполвданныймоментяемомупоток.

Состояния потоков

Потокимогутнахводизнитьсяесколькихомсостояний:

• Ready (готов)

– находящийсявпуле(

pool)потоков,ожидающихвыполнения;

• Waiting (ожидание),такженазывается

idle или suspended,приоста новленный - в

состоянииожидания,котороезавершаетсятем,чтоп начинаеттоквыполняться

(состояние Running)илипереходитвсостояние

Ready;

егоможноудали.Еслипонетьок

удален,системаможетвновьус егоановить

исхостояниеследующегодляп использования.

Припотоковритет

Терминмногозадачность

(мультипрограммирование)

обозначаетвозможность

управлять

несколькпроцесилне(исамипко)льтонабазеодкими

ногопроцессора.

Многобработкойпроцессорной

называуправлениетсякоторымчислпроцессовили

потоковнанесколькихпроцессорах.

Компьюожедноввыптеркеомандыдвухлнятьенноразныхпроцесстолькв ов

многопроцессорнойсре.Однаажеоднако

омпроцессор

еспомощьюпереключениязадач

можносоздатьвпе,чодновртоатлениевыполняютсякомаменнесколькихпроцессовды.

Уровниприоритетапотоков

Win32 являетсямногопоточной(

multithreaded) ОС,чтоопределяет

еемногозадачность.В

нейреализована

модельвытесняющей(

preemptive)многозадачности,вкоторойоперационная

системарешает,когдакаждыйпотокполучапроцвремя,выделяемоетссорноеквантами

времени(

time

slices),исколькоименновременивыделяе.Временнойинтсяервал

,

выделяемыйпотокам

длявыполнения,

в Windows называетсяквантом.

Продолжитквантавремзависотеаппаральноснииможетфактьурыически

менятьсяпотк о.Напримеркатоку,базначовоение

Windows 95составляет20мс,

для Windows NT Workstation (набазепроцессо

ра Pentium) -30мс,для

Windows NT Server -

180мс.

Каждыйпотоквсистемеимеет

уровеньприоритета

(priority

level),который

представляетсобойчислодиапазонедо031Нижеперечислено. тосамоеосновное,что

нужнознать:

• еслиуществуюткакие

-либоп

отокиспр оритетомко31,ребуюторые

процессорнвремени,тоестьненаходятсясостояниигоожидания(

not idle),

операционнаясистемаперебираетэтипотокинезависимо( того,какимпроцессам

ониприна),выделяяпоочеренихлежаткажиздквантыому

времени.Потокамс

болеенизки

приоритетомквантывременисо

всемневыделяются,поэтомуни

выполняю.Еслинетактивныхсприоритетомсяок31,операционнаявсистема

ищетактивныепотокисуровнемприоритета30

ит.д.Однако

потокидовольночасто

простаивают.Тотфакт,чтоприложезагружено,неоз,чтовсеачаетиеегопотоки

активны.Поэтомупотсб низкковлеепривсеоримжеестьвозможностьетом

раб.Болеетоготать,еслипользовнажимаеткл,относящуюсятельвишукпроцессу,

потокикоторого

простаивают,операционнаясиствремвыделяетенно

которназпотокомываенулевойс сяраницы

(zero page thread)Оносвобождает.

незадействованныеоблп .Существуетмястииакжепоток

idle,которыйработаетс

уровнемпри0,прашиваяритесиспоискахтемукакой

-нибудьработы;

• еслипотокпроизвольнымприоритевыполнятомомт,когдометсянт

апотокус

потсбо.льшимкуТак

имобразможет,потнеоуспетькзавершитьвыделенный

емуквремениант;

переключениеконтекста(

context switch)Этопроцедура. ,сохраняющаясостояние

процерегистров( стексора)

загрузкисоответствующихзначенийдругого

потока.

Назначениеприоритетапотоку

Назначениепотоку

приоритетапроисхвдваэтапа.Водит

-первых,каждпрвоцессуму

моментсозданияприсвклприоритетаиваетсясс.Узнклассприоритетатьможнос

помощьюфункци

и GetPriorityClass,аизменить

- спомощьюфункции

SetPriorityClass.Ниже

применаведеныклассприоритетапроцессв,уровниконстантывритета,которые

используютсяэтимивышеупомянутымифункциямикак( сфункцией

CreateProcess).

Имякласса

Уровень

Символьнаяконстанта

приоритета

приоритетакласса

Idle

4

IDLE_PRIORITY_CLASS=&H40

Normal

8

NORMAL_PRIORITY_CLASS=&H20

High

13

HIGH_ PRIORITY_CLASS=&H80

Realtime

24

REALTIME_ PRIORITY_CLASS=&H100

Большинпроцедолжнполучствосов

атьклассуровняприоритета

Normal (обычный).

Однаконекоторымприложениям,такимкак жениясистеторинга,воз,мыожно

болееуместприоритетназначать

Idle (ожида)Наз. приоритетаначения

Realtime

(реальноговремени)обычноследуизб,пегать

отомучтовэтомслучаепотокиизначально

получаютприб высокийритетлее,чемсистемныепотоки,такиекаквводатки

клавиатурымыши,очисткикэшаобработкинажатияклав ш

Ctrl+Alt+Del.Такой

приориможетбыподходящимьетдлякрат,кросрочных

итичнквремениыполнениях

процессвзаимодейс,которыеотносятсяаппара. туройвию

Присоздануровеньприпотокаоритетаумолчустанравнымиюливается

уровнюклассаприоритетапроцесса,создапотокнныйвш.Темменеего,можно

использоватьфункцию SetThreadPriority,чтобыизмениприот:ритетьока

BOOL SetThreadPriority (

НANDLЕ hThread,

//Дескрипторпотока

int nPriority

//Уровеньприоритетапотока

);

THREAD_PRIORITY_NORMAL

Уровеньприоритетакласса

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL

Уровень приоритета класса + 1

THREAD_PRIORITY_BELOW_N0RMAL

Уровень приоритета класса - 1

THREAD_PRIORITY_HIGHEST

Уровень приоритета класса + 2

THREAD_PRIORITY_LOWEST

Уровеньприоритетакласса

- 2

THREAD_PRIORITY_IDLE

Устанауроприоритетавливаетеньдля1

всехкласспроцессовприоритетаза

исключением

Realtime.Вэтомслучае

устанавливаетуровеньприоритета16.

Повышениеприоритетапотокакв

антизмененийприоритета

Диапазонприоротдо1известен15тетакакдиапазондинамприоритеческого

та,а

диапазонот16до31

- какдиапазонприоритетареальноговремени

.

В Windows NT прио,находящритеттокавдинамическомапазоне,йсяможет

временно повышатьсяоперационнойсистемой

. Нижнийуровеньприоритетапотока

(установленныйпрограпомощьюмистом

API фу)называетсякцииуровнемегобазового

приоритетa. API функция Windows NT SetProcessPriorityBoost можетисподльзоваться

разрешенияилизапр

ещенвременныхизмененийяприоритета(

priority boosting).

Бываюттакжеслучаи,когдаквантывремени, деляпотоку,времыеенно

увеличиваются.

Стремясьплавновыпоперации,лнять

Windows будетповышатьпри илиритеттока

увеличиватьпродолжительность

егоквантавремениприследующихусловиях:

Разницумеждудескриптоидентификатироцеможнустасоврами

новить,

анализируя API-функцию CreateProcess. ОбъявлениеVC++записывтакимобр: етсязом

BOOL CreateProcess(

LPCTSTR lpApplicationName,

LPTSTR lpCommandLine,

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,

BOOL bInheritHandles,

DWORD dwCreationFlags,

LPVOID lpEnvironment,

LPCTSTR lpCurrentDirectory,

LPSTARTUPINFO lpStartupInfo,

LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation

);

Параметры API-функцию CreateProcess:

lpApplicationName, lpCommandLine

- определяютимяисполняемогофайла,которым

будетпользоватьновыйпроце,икоманднстрокяс, ую

передаваемую этомупроцессу.

lpProcessAttributes, lpThreadAttributes – этипараметры

позволяютопределитьнужные

атрибутызащитыдляобъектовпроцесс« »ипоток«»соответственно.Вэтипараметры

можнозанести

NULL,исистемазакрепитданнымиобъдескрипктзамищитыпооры

умолчанию.Вкачесальтвеернативыожнобъявитьинициализиров

атьдвеструктуры

SECURITY_ATTRIBUTES;темсамВсоздадитеымприсвоиобъектеам

«процесс»и

«поток»своиатрибутызащиты.

Вид

структуры SECURITY_ATTRIBUTES приведен

ниже:

typedef struct _SECURITY_ATTRIBUTES { // sa

DWORD nLength;

LPVOID lpSecurityDescriptor;

BOOL bInheritHandle;

} SECURITY_ATTRIBUTES;

bInheritHandles - указывает,наслиновыйедовалпроцессдескрипторыотпроцесса

запроса.ЕслиИСТИНА,каждыйнаследственныйоткрытыйдескпроцессеиптор

запроунановымследованп

роцессом.

dwCreationFlags - определфлаги,влинатоя,какетющиеименносоздаетсяновый

процесс.Имд флаговетсясять,котмогуткомбинироватьсярыебулевымоператоромОК.

lpEnvironment – указываетнаблокпамяти,хранящийстрокипеременныхокружения,

которыми будетпользоватьновыйпроце.Обычновместоэтогяспарамоперетрадается

NULL,врезультатечегодочернийпроцесснастрокиледуперетм

енныхокруженияот

родительскогопроцесса.

lpCurrentDirectory – позволяетустановитекущиедискика. алогь

Еслиегозначение

–

NULL,рабочийкаталновпроцогбудетже,ссачмиуприложения,его

породившего.

lpStartupInfo – этотпарамеуказываетнастр уру

STARTUPINFO:

typedef struct _STARTUPINFO { // si

DWORD

cb;

Элементыструктуры

STARTUPINFO используются Windows-функциямипри

создании

процесса.Приэтомбольшинствоприложенийпорождаетпроцессыатрибутами

умолчанию.НовэтомслучаеВыдолжны

инициализировать всеэлементыструктуры

STARTUPINFO хотябы

нулевызначениями,вэлемент

cb – заноситьразмерэтой

структуры.

Еечленывсоответстви

исдокуимеютследующентацизнач нияйе

:

•

HProcess возвращаетдескривн вьзданногопроцессатор;

•

Hthread возвращаетдескрипторпервич

ного потокавнс вьзданногопро

цесса.

Дескрипторисподспецификациильзуетсяданнпотокаввсехго

функциях,которые

выполняютоперациисобъектом

Thread;

•

DwProcessId

возвращаетглобаль

ныйидентификаторпроц.Времясса

жизни

идентификатора - смоментасозданияпроцдомоментаегосса

завершения;

•

DwThreId

возвращаетглобальныйидентификаторп

отока.Времяжи

зни

идентификатора - смоментсозданияподомоментаокаегозавершения

.

Такимобразом,междудескриптор

омиидентификаторомпроцесса(

ли потока)

существуютследующиеосновныеразл

ичия:

• дескриптордействупределахт

«своего» процесса,

врамкахкоторогоонбылсоздан,

в

товремякакидентифи

каторработаетнасистемномуровне;

•

укаждогопроцесса

есть толькоодинидентификатор,номожбытьсколько

дескрипторов;

• некоторым API-функциямтребуется

идентификатор,ввремякакд у

гим -

дескпр.оцессаиптор

Следуетпод,что,херкнутьдескриптяявляетзавиотпроцессаоряимым,

одинпроцесс

можимдетскдругьприпт.оИнымицессагословамир,если

процессАимд скрипторет

процессаВ,этотдескриидентифицируетрпро

цессВ,нодействуеттолькопроцессеА.

ОнможетиспользоватьсяпроцессеА

длявызованекоторых

API-функций,которыеимеют

отношениекпроцессуВ

(о днакопамятьпроцессаВостает

сянедоступнойдляпроцессаА

).

Дескрипторымодулей

Каждыймодуль(

DLL, OCX, DRV ит.д.),загруженный

впространпроце,имеетствоса

свой

дескриптор(

module handle),называемыйтакжелогическимномеро

экземпляра(

instance handle)В.

16-разрядной Windows даннымитерминамиобо

значались разныеобъекты,в 32

-разрядной

сисэтоодинеметотжеобъ

ект.

Дескрипторомисполняемодуляявляетсяначальныйилиогобазовыйадрес

данного

исполняеммодулявадресномпр процестранго.Этообъясняет, твеса

почемутакой

дескрипимеетсмыслтольковор

рамкахпроцесса,включающего

данныймодуль.

БазовыйадресзагрузЕХЕ()модуля,создаваемогочного

VC++,поумолча

нимеетю

значениеН&400000

.Однакопрограммиств

VC++можетизменить

этотадреспоумолчанию,

естьерьезныеоснованияпоступатьименнотак

для того,чтобыизбежатьконфликтасдругими

модулямип(

ерераспределенадресовпамяти,связако базовыхноефли,требуетктом

слишкомбольшогообъемафизическойп мятивре

менныхзатрат

). Крто, гоме

модули,

создаваеругимыеи

прогсраммными,едами

огутимет

ьдругиебазо

выеадреса,

устанавливпоумолч. аемыению

Дескрипмодулейчастиспорывыляьзуютсяова

API-функций,которые

выделяют

ресурсыданнпр.оцессуму

Например,функция

LoadBitmap загружаетресурсрастровой

картинкииззагру

зочногофайла

даннпр.оцессаго

Еедекла

рациязаписываетсятак:

HBITMAP LoadBitmap(

HINSTANCE hInstance,

//Десэкземприпторпри.ложенияяра

LPCTSTR IpBitmapeName

//Адресим нисурса

растровойкартинки

.

);

Обратитевнимание

ачто, де

скриптормодулязагрузочногофайлапроцес

сач асто

ошибочноназываютдескриптороммодуляпроцесса,обименизагру

зочногофайлаговоряткак

обимениодуляпроцесса.

Идентификацияпроцесса

Следующиечетыреобъекчавстопрограммированииречаются

API,

связанномс

процессами:

Получитьдескпрпооцессаипторегоидентификаторуотно

ситле,льногко

но обратная

опеврливозможнаацияядпо(крайнмер,п).еямой

Поидентификаторум жнопределдескриптлюбпртьопомогцессар

щьюфункции

OpenProcess:

HAMDLE OpenProcess(

DWORD dwDesiredAccess,

// Флаг доступа.

BOOL bInheritHandle,

//Флагнаслдедованияскриптора.

DWORD dwProcessID

//Идент ификаторпроцесса. .

);

dwDesiredAccess - имеетотношениекправамдоступаможет

приниматьразличные

значения:

•

PROCESS_ALL_ACCESS эквивалентноустановке

флагполногодоступа;в

•

PROCESS_DUP_HANDLE используетдескакисходногорипрт,такцессар

и

принимающеговфункции

DuplicateHandle длякопированиядубли(

рования)

дескриптора;

• PROCESS_QUERY_INFORMATTON задейдескптвуетрдляоцессаипчтеор

ния

информациобъектази

Process;

•

process_vm_read применяетдлячтения

извиртуальнойпамятипроцессаегодескриптор

функции ReadProcessMemory;

•

PROCESS_VM_WRITE используетдлязапвв сиртуальнуюпамятьпроцессаего

дескрипторвфункции

WriteProcessMernory;

•

SYNCHRONIZE (Windows NT)работаетдескпроцессаипторомвлюбой

из функций

ожидания,так

ихкак WaitForSingleObject,дляожиданиязавепр.шенияоцесса

bInheritHandle - уставзначениеовлен

True,длятогочтпобы

зволитьпорожденным

процессамнаслд скридов.Ингова,портьчеторпроцессожденныйяполучаетдескриптор

родительскогопроцесса.Отметим,чтозн

чениедескриптораможетизменяться.

dwProcessID - должениметьзначеидентификаторатогоиепроцес

са,дескоторогориптор

нужуз.натьо

Функция OpenProcess возвращаетдеск

рипторуказанногопроцесса.

Полученныйдес

крипторобязателдолжбытзакрыт,еьонслинобольшененужен.Это

делаетсяпутемвызовафункции

CloseHandle:

BOOL CloseHandle(

HANDLE hObject

// Дескрипторзакрываемого

объекта.

);

Именафайловидескрипторымодулей

Перейоти

именифайламодулядескриптмодулянаоборотнесоставру

ляетособого

труда,покрмер,йнвпреойдпроцессаелахного.Функция

GetModuleFileName принимает

дескриптормодуля,чтобывернутьполноеимя( путь)исполняемогофайла:

DWORD GetModuleFileName(

HMODULE hModule,

// Дескриптор модуля.

LPTSTR IpFilename,

//Указатнабуферль

-приемникпутимодулю

.

DWORD nSize

// Размербуферавсимволах.

);

Этафункцияра

ботаеттолькоизтогпроцесса,дескр

иптормодулякоторого

задается.Ее

нельзяиспользовать

издругпр.огоцесса

Функция GetModuleHandle,которая

акжеприменяетсявнутодногопро

цесса,выполняет

обратноедействие

- возвращаетдескрмодуляпоимениптор

файла (безпути):