System programming / Методические указания / Html / 6LABA

6-я Лабораторная работа Вариант1 Вариант2 Вариант3 Вариант4 Вариант5 Вариант6 Вариант7 Вариант8 6.Тема: МНОГОЗАДАЧНОСТЬ И МНОГОПОТОЧНОСТЬ 6.1. Цель работыОзнакомление с концепцией многозадачности и многопоточности современных операционных систем, получение практических навыков по составлению, написанию и отладке программ, содержащих параллельно функционирующие процедуры и функции. 6.2.Указания по подготовке к выполнению лабораторной работы. Многозадачность на сегодняшний день - одна из определяющих особенностей операционных систем. При подготовке к лабораторной работе необходимо ознакомится с теоретическим описанием принципа многозадачности и особенностями ее аппаратной реализации. Внимательно проработать вопросы обеспечения многозадачности (multitasking) и многопоточности (multithreading) приложений Windows. При подготовке к работе необходимо изучить конспект лекций по указанной теме, методические указания, а также разделы, указанные в [16, c.763-809], [17, c.59-87]. 6.3. Обзор темы работы. Многозадачность (multitasking) - это способность операционной системы выполнять несколько программ одновременно. В основе этого принципа лежит использование операционной системой аппаратного таймера для выделения отрезков времени для каждого из одновременно выполняемых процессов. Если эти отрезки времени достаточно малы, и машина не перегружена слишком большим числом программ, то пользователю кажется, что все эти программы выполняются параллельно.Многопоточность - это возможность программы самой быть многозадачной. Программа может быть разделена на отдельные потоки выполнения, которые, как кажется, выполняются параллельно. В лабораторной работе изучаются функции порождения и завершения процесса CreateProcess, ExitProcess, TerminateProcess, создания и завершения потока CreateThread, ExitThread. Особое внимание в лабораторной работе уделяется исследованию возможностей синхронизации процессов и потоков. Существует большой класс задач (например, в управлении базами данных, параллельных вычислениях), в которых параллельно функционирующие программы (или их модули) нуждаются в обмене информации или порядок выполнения одних из программных модулей зависит от выполнения других. Windows предоставляет две специальные возможности синхронизировать параллельно выполняемые задачи - это семафоры и события. Семафор действует как обычных флаг, и используется для того, чтобы определить свободен или нет в настоящее время требующийся потоку или процессу ресурс. Пользователь может определять для семафора количество ресурсов, доступных для использования параллельными задачами. При занятии потоком какого-либо количества свободных ресурсов происходит декрементация количества ресурсов, и если, оставшееся число ресурсов недостаточно следующему потоку, он приостанавливается до момента освобождения необходимого числа ресурсов. Для управления семафорами используются функции CreateSemaphore, ReleaseSemaphore, OpenSemaphore, WaitForSingleObject. События являются самой примитивной разновидностью объектов синхронизации. Они используются для того, чтобы уведомить поток о том, что наступило ожидаемое событие. Эти объекты обычно используются для того, чтобы синхронизировать потоки, которые работают по принципу конвейера. Например, один поток опрашивает датчики и загружает считанные значения в буфер. Другой поток считывает эти данные из буфера и производит их обработку. Первый поток может сигнализировать второму о том, что событие - заполнение буфера - наступило. Второй поток может сигнализировать первому о том, что наступило другое событие - данные из буфера считаны, ожидается новая порция данных. Событие может иметь два состояния - занятое и свободное. Работа с событиями осуществляется посредством следующих функций: CreateEvent, ResetEvent, PulseEvent, SetEvent. 6.4. Задание на лабораторную работу. Варианты:

Вариант 1

Написать программу, порождающую четыре потока, каждому из которых выделяется четвертая часть окна приложения. Первый поток выводит в свою область возрастающую числовую последовательность 0,1,2,:, второй - последовательность чисел Фибоначчи. Третий поток заполняет свой участок окна прямоугольниками случайного размера и цвета, четвертый поток фиксирует в трех переменных и выводит их в своей области окна число запусков каждого из предыдущих трех потоков.

Вариант 2

Написать программу, порождающую поток по нажатию одной из клавиш клавиатуры. Каждому созданному таким образом потоку соответствует окружность в окне приложения, которая появляется в случайном месте окна приложения и движется либо во вертикали,либо по горизонтали. При достижении границы окна, окружность меняет направление своего движения на противоположное.

Вариант 3

В программе создать два потока. Назначение одного из них - периодическое чтение системного времени и заполнение глобальной структуры (часы, минуты, секунды), второго - вывод данной структуры на экран. При помощи критического раздела организовать раздельный доступ потоков к структуре данных.

Вариант 4

Написать программу, содержащую два потока, каждый из которых управляет движением одного из двух шаров. Первый шар двигается горизонтально, второй - вертикально. Скорость шаров различна. При достижении границы клиентской области окна, шар меняет направление движения на противоположное. При помощи объектов синхронизации (семафоров или событий) реализовать алгоритм движения шаров без столкновений.

Вариант 5

Написать программу, которая запускает новый поток при нажатии левой клавиши мыши. Поток начинает выводить возрастающую числовую последовательность в текущую позицию курсора мыши. При нажатии левой клавиши мыши программа удаляет поток, координаты которого ближе всего к положению мыши.

Вариант 6

Создать многопоточную программу, формирующую потоки трех типов. Каждый из потоков запускается соответствующим пунктом меню и захватывает соответственно 1,2,3 ресурса (максимальное число ресурсов по умолчанию - 8 и может меняться пользователем в окне диалога, вызываемом через меню). Количество, вид потоков, а также их состояние выводится на экран. Если число ресурсов не позволяет работать потоку, он находится в состоянии ожидания. Удаление потоков осуществляется через меню в порядке запуска (первым удаляется поток, запущенный первым).

Вариант 7

Написать программу, которая позволяет запускать процессы, используя для этого выбранные на диске файлы. Пользователь может задавать имя запускаемого файла и командную строку. Программа следит за всеми запущенными ею процессами и выводит по требованию пользователя следующую информацию: имя процесса, значение указателя и идентификатора процесса, время выполнения процесса.

Вариант 8

Написать программу, которая читает с диска *.bmp файл и выводит его в окно приложения. При помощи потока организовать поворот изображения на 90 градусов. Операцию можно прервать при помощи диалогового окна, возникающего на время выполнения операции.

Вариант 9

Написать программу, которая по нажатию мыши создает потоки: по нажатию правой клавиши - поток, производящий вывод возрастающего ряда в позицию курсора, левой - поток с убывающим рядом. Поток выгружается из памяти по окончанию счета. Число потоков ограничивается пользователем через контекстное меню и находится в диапазоне [4,8]. 6.5. Контрольные вопросы и задания Поясните принцип многозадачности современных операционных систем. Чем отличается многозадачность от многопоточности? Каким образом аппаратно решаются задачи обеспечения многозадачности? В чем заключаются особенности невытесняющей многозадачности? Приведите примеры использования многопоточности в прикладных программах. Каким образом осуществляется синхронизация потоков? Что такое "критический раздел"? Что такое "событие"? Объясните назначение локальной и глобальной памяти потоков. Вариант1 Вариант2 Вариант3 Вариант4 Вариант5 Вариант6 Вариант7 Вариант8