Задание на практику для группы СА 21 (15.06- 19.06)
учебно-методический материал

Лабораторная работа №9

Управление памятью и вводом/выводом в ОС Windows

Цель работы: Практическое знакомство с управлением вводом/выводом в операционных системах Windows и кэширования операций ввода/вывода.

План проведения занятия:

1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями.
2. Ознакомиться с назначением и основными функциями Диспетчера задач Windows.
3. Приобрести навыки применения командной строки Windows. Научиться запускать останавливать и проверять работу процессов.
4. Сделать выводы о взаимосвязи запушенных процессов и оперативной памятью компьютера.
5. Подготовить отчет для преподавателя о выполнении лабораторной работы и записать его в папку «Выполнение».

Оборудование:

Аппаратная часть: персональный компьютер, сетевой или локальный принтер.

Программная часть: ОС Windows 7, текстовый процессор Microsoft Word.

Краткие теоретические сведения:

Необходимость обеспечить программам возможность осуществлять обмен данными с внешними устройствами и при этом не включать в каждую двоичную программу соответствующий двоичный код, осуществляющий собственно управление устройствами ввода/вывода, привела разработчиков к созданию системного программного обеспечения и, в частности, самих операционных систем.

Программирование задач управления вводом/выводом является наиболее сложным и трудоемким, требующим очень высокой квалификации. Поэтому код, позволяющий осуществлять операции ввода/вывода, стали оформлять в виде системных библиотечных процедур; потом его стали включать не в системы программирования, а в операционную систему с тем, чтобы в каждую отдельно взятую программу его не вставлять, а только позволить обращаться к такому коду. Системы программирования стали генерировать обращения к этому системному коду ввода/вывода и осуществлять только подготовку к собственно операциям ввода/вывода, то есть автоматизировать преобразование данных к соответствующему формату, понятному устройствам, избавляя прикладных программистов от этой сложной и трудоемкой работы. Другими словами, системы программирования вставляют в машинный код необходимые библиотечные подпрограммы ввода/вывода и обращения к тем системным программным модулям, которые, собственно, и управляют операциями обмена между оперативной памятью и внешними устройствами.

Таким образом, управление вводом/выводом — это одна из основных функций любой ОС. Одним из средств правления вводом/выводом, а также инструментом управления памятью является диспетчер задач Windows, он отображает приложения, процессы и службы, которые в текущий момент запущены на компьютере. С его помощью можно контролировать производительность компьютера или завершать работу приложений, которые не отвечают.

При наличии подключения к сети можно также просматривать состояние сети и параметры ее работы. Если к компьютеру подключились несколько пользователей, можно увидеть их имена, какие задачи они выполняют, а также отправить им сообщение.

Также управлять процессами можно и «вручную» при помощи командной строки.

Команды Windows для работы с процессами:

• at — запуск программ в заданное время
• Schtasks — настраивает выполнение команд по расписанию
• Start — запускает определенную программу или команду в отдельном окне.
• Taskkill — завершает процесс
• Tasklist — выводит информацию о работающих процессах

Для получения более подробной информации, можно использовать центр справки и поддержки или команду help (например: help at)

• command.com — запуск командной оболочки MS-DOS
• cmd.exe — запуск командной оболочки Windows

Ход работы:

Задание 1. Работа с Диспетчером задач Windows 7.

1. Запустите Windows 7
2. Запуск диспетчера задач можно осуществить двумя способами:

1)      Нажатием сочетания клавиш Ctrl+Alt+Del. При использовании данной команды не стоит пренебрегать последовательностью клавиш. Появится меню, в котором курсором следует выбрать пункт «Диспетчер задач».

2)      Переведите курсор на область с показаниями системной даты и времени и нажмите правый клик, будет выведено меню, в котором следует выбрать «Диспетчер задач».

3. Будет выведено окно как на рис. 1.

 Рис. 1. Диспетчер задач Windows 7.

4. В диспетчере задач есть 6 вкладок:

1.  Приложения
2.  Процессы
3.  Службы
4.  Быстродействие
5.  Сеть
6.  Пользователи

• Вкладка «Приложения» отображает список запущенных задач (программ) выполняющиеся в настоящий момент не в фоновом режиме, а также отображает их состояние. Также в данном окне можно снять задачу переключиться между задачами и запустить новую задачу при помощи соответствующих кнопок.
• Вкладка «Процессы» отображает список запущенных процессов, имя пользователя запустившего процесс, загрузку центрального процессора в процентном соотношении, а также объем памяти используемого для выполнения процесса. Также присутствует возможность отображать процессы всех пользователей, либо принудительного завершения процесса. Процесс — выполнение пассивных инструкций компьютерной программы на процессоре ЭВМ.
• Вкладка «Службы» показывает, какие службы запущены на компьютере. Службы
• — приложения, автоматически запускаемые системой при запуске ОС Windows и выполняющиеся вне зависимости от статуса пользователя.
• Вкладка «Быстродействие» отображает в графическом режиме загрузку процессора, а также хронологию использования физической памяти компьютера. Очень эффективным инструментом наблюдения является «Монитор ресурсов». С его помощью можно наглядно наблюдать за каждой из сторон «жизни» компьютера. Подробное изучение инструмента произвести самостоятельно, интуитивно.
• Вкладка «Сеть» отображает подключенные сетевые адаптеры, а также сетевую активность.
• Вкладка «Пользователи» отображает список подключенных пользователей.
• Потренируйтесь в завершении и повторном запуске процессов.
• Разберите мониторинг загрузки и использование памяти.
• Попытайтесь запустить новые процессы при помощи диспетчера, для этого можно использовать команды: cmd, msconfig.

5. После изучения диспетчера задач:

Задание 2. Командная строка Windows.

1. Для запуска командной строки в режиме Windows следует нажать:

(Пуск) > «Все программы» > «Стандартные» > «Командная строка»

2. Поработайте выполнением основных команд работы с процессами: запуская, отслеживая и завершая процессы.

Основные команды

Schtasks — выводит выполнение команд по расписанию

Start — запускает определенную программу или команду в отдельном окне. Taskkill — завершает процесс

Tasklist — выводит информацию о работающих процессах

Рис. 2. Командная строка Windows 7.

3. В появившемся окне (рис. 2) наберите:

cd\ — переход в корневой каталог;

cd windows – переход в каталог Windows.

dir — просмотр содержимого каталога.

В данном каталоге мы можем работать с такими программами как «WordPad» и «Блокнот».

4. Запустим программу «Блокнот»:

C:\Windows > start notepad.exe

Отследим выполнение процесса: C:\Windows > tasklist

Затем завершите выполнение процесса: C:\Windows > taskkill /IM notepad.exe

5. Самостоятельно, интуитивно, найдите команду запуска программы WordPad.

Необходимый файл запуска найдите в папке Windows.

6. Выполнение задания включить в отчет по выполнению лабораторной работы.

Задание 3. Самостоятельное задание.

1. Отследите выполнение процесса explorer.exe при помощи диспетчера задач и командной строки.
2. Продемонстрируйте преподавателю завершение и повторный запуск процесса explorer.exe из:

• Диспетчера задач;
• Командной строки.

3. Выполнение задания включить в отчет по выполнению лабораторной работы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте понятие процессу в операционной системе.
2. Дайте понятие службе в операционной системе.
3. Причислите основные команда работы с процессами при помощи командной строки.

Операционная система Windows XP

Тема: ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «СИСТЕМНЫЙ МОНИТОР»

Цель: Изучить процессы, происходящие в оперативной памяти и процессоре, во время исполнения прикладной программы.

Ход работы:

1. Изучить Рекомендации к выполнению работ.

2. Пользуясь рекомендациями, запустить, изучить и настроить для выполнения работы Системный монитор.

3. Изучить Порядок выполнения работ.

4. Выполнить лабораторную работу

5. Подготовить отчёт о проделанной работе в формате MS Word.

6. Ответить на контрольные вопросы

Рекомендации к выполнению работ:

1. В состав операционной системы Windows XP входит программа Системный монитор, с помощью которой можно наблюдать за изменением различных показателей во время работы компьютера,  а также измерять производительность компьютера.

Запустите эту программу из меню программ: Пуск/Панель управления/Производительность и обслуживание/Администрирование и дважды щелкните по значку Производительность. Данный инструмент включает системный монитор (реализованный в виде элемента управления Active X) и Журналы и оповещения производительности (автономная оснастка для конфигурирования журналов производительности).

2.  Система Windows XP получает информацию о производительности от компонентов операционной системы. Различные системные компоненты в ходе своей работы генерируют данные о производительности. Такие компоненты называются объектами производительности. В операционной системе имеется ряд объектов производительности, обычно соответствующих главным аппаратным компонентам, таким как память, процессоры и т. д. Приложения могут также инсталлировать свои объекты производительности. Каждый объект производительности предоставляет счетчики, которые собирают данные производительности. Например, счетчик Обмен страниц в сек(Pages/sec) объекта Память (Memory) отслеживает степень кэширования страниц.

Для просмотра данных, которые предоставляет конкретный счетчик, нажмите кнопку Объяснение (Explain) в диалоговом окне добавления счетчиков Добавить счетчики.

Если в системе установлено несколько процессоров, то объект Процессор (Processor) будет иметь множество экземпляров. Более того, если объект поддерживает множество экземпляров, то при объединении экземпляров в группу появятся родительский экземпляр и дочерние экземпляры, которые будут принадлежать данному родительскому экземпляру.

Настроим программу так, чтобы видеть нужные нам характеристики.

Настройка счетчиков.

В окне Системный монитор на панели результатов в виде диаграмм отображаются показания счетчиков. В системе Windows XP это окно изначально содержит три счетчика: Обмен страниц в сек (Pages/sec) (объект Память), Средняя длина очереди диска (Avg. Disk Queue Length) (объект Физический диск) и  % загруженности процессора (Processor Time) (объект Процессор). Для добавления других счетчиков выполните следующие действия:

a) На панели результатов щелкните правой кнопкой мыши и в контекстном меню выберите команду Добавить счетчики, Другой подход — нажать кнопку Добавить на панели инструментов или сочетание клавиш +.

b) В открывшемся окне выберите переключатель Использовать локальные счетчики для мониторинга компьютера, на котором запущена консоль мониторинга. Если вы собираетесь проводить мониторинг определенного компьютера, независимо от того, где запущена консоль мониторинга, установите переключатель Выбрать счетчики с компьютера и укажите имя компьютера (по умолчанию установлено имя локального компьютера).

c) В списке Объект выберите объект для мониторинга.

d) В списке Выбрать счетчики из списка укажите счетчики, которые вы собираетесь использовать.

e) Для мониторинга всех выбранных экземпляров нажмите переключатель Все вхождения. Для мониторинга только определенных экземпляров установите переключатель Выбрать вхождения из списка и выберите экземпляры, которые вы собираетесь отслеживать.

f) Нажмите кнопку Добавить и затем кнопку Закрыть.

Нам нужны две диаграммы, показывающие, как загружен работой процессор и насколько занята оперативная память.  Добавьте счетчики % загруженности процессора и Диспетчер памяти.

Настройка способов представления информации.

Компонент Системный монитор предоставляет три средства просмотра информации о производительности системы: два графических (График и Гистограмма) и одно текстовое (Отчет). Для настройки внешнего вида окна мониторинга щелкните правой кнопкой мыши в окне диаграмм и выберите пункт Свойства. В открывшемся окне для диаграммы и гистограммы можно задать ряд дополнительных параметров отображения:

- название диаграммы или гистограммы и дать название осям координат;

- диапазон вывода значений;

- характеристики кривой на диаграмме или колонок на гистограмме, такие как цвет, толщина, стиль и др. Для выбора способа просмотра информации производительности на вкладке Общие установите флажок для одной из опций График, Гистограмма или Отчет.

Вы увидите две диаграммы. Диаграммы "двигаются" влево, самая правая часть диаграммы - это то, что происходит в текущий момент. Первая диаграмма показывает, на сколько процентов загружен работой процессор, вторая - сколько памяти занято для работы всех программ.

Примечание. Объем используемой памяти может оказаться больше, чем реальный размер оперативной памяти. Тут нет никаких чудес - часть информации временно хранится на диске в специальном файле. Когда эти данные понадобятся, то будут загружены в оперативную память, а другие, давно не использовавшиеся, «сброшены» на диск.

Запустите процесс построения диаграмм заново.

3. Операционная система Windows многозадачная, т.е. мы можем запускать несколько программ, переходить из окна одной программы в окно другой. Не закрывая Системный монитор, откройте графический редактор Paint, подождите немного, затем закройте.

4. На нижней диаграмме вы увидите (по колебаниям графика), как операционная система загрузила Paint в оперативную память, а затем выгрузила. На верхней диаграмме видна работа процессора по запуску редактора и затем - по закрытию.

Возможно, вам придется отрегулировать скорость построения диаграмм (Диаграмма) и масштаб диаграммы загрузки памяти (Изменить представление).

Ваша задача: с помощью Системного монитора выяснить, как изменяется загрузка процессора и объем занятой оперативной памяти в ходе обычной работы с прикладной программой. Результаты

лабораторной работы нужно будет оформить в виде отчета. Получившаяся в окне Системного монитора диаграмма должна быть «сфотографирована» и помещена в отчет с помощью, например, клавиши PrintScreen.

Порядок выполнения работы

1. Загрузите MS Word, откройте новый лист для отчета. Наберите заголовок, сохраните файл.

2. Запустите Системный монитор.

3. Раскройте на весь экран окно программы Системный Монитор и запустите графики заново.

4. После каждого из следующих действий переходите к окну с диаграммами, замечайте, что изменилось (между действиями выдерживайте небольшую паузу, чтобы отделить на диаграмме одно

действие от другого):

• завершите работу программы MS Word;

• запустите Paint;

• перейдите к окну Системного монитора и нажмите клавишу Print Screen, чтобы поместить картинку с экрана в буфер обмена;

• вставьте картинку из буфера обмена в документ программы Paint;

• сохраните файл с картинкой;

• завершите работу программы Paint.

5. Сделайте еще один "снимок" диаграмм и поместите именно его в ваш отчет.

6. Подпишите на диаграммах (на тех участках, где происходят изменения), какие действия вы выполняли.

7. Отметьте на картинке, какой объем памяти занимают операционная система, MS Word, Paint.

8. Создайте на листе вашего отчета таблицу и заполните ее: поставьте плюс, если устройство участвует в операции.

9. Поместите в отчет ответ на следующий вопрос: почему изменения на диаграмме памяти выглядят такими незначительными по сравнению с изменениями на диаграмме процессора?

Контрольные вопросы

1. Как запустить служебное приложение «Системный монитор»?

2. Для чего предназначено это приложение?

3. Какие показатели можно проанализировать с помощью программы «Системный монитор»?

4. В каком виде возможно отобразить параметры?

Лабораторная работа № 11

Тема: Работа с системным реестром.

Цель работы:

1. Получение основных сведений о структуре и функциях системного реестра операционной системы Windows XP.

Задание:

1. Изучить теоретическую часть;
2. Запустить редактор реестра.

• Перейти в раздел реестра HKEY_CURRENT_USER;
• Найти ключ, отвечающий за настройки Рабочего стола;
• Ознакомиться со списком вложенных ключей;
• Для произвольно выбранных из списка 5 ключей исследовать, аналогом каких настроек Панели управления они являются;
• Перейти в раздел реестра HKEY_CLASSES_ROOT;
• Выбрать из списка 5 ключей и описать, для файлов с какими расширениями они используются, и какие параметры для них установлены;

3. Результаты внести в отчет.

Теоретические сведения:

На смену ini-файлам, имеющим ряд концептуальных ограничений, еще в Windows 3.1 было введено понятие реестра –  регистрационной базы данных, хранящей различные настройки ОС и приложений. Изначально реестр был предназначен только для хранения сведений об объектах OLE (Object Linking and Embedding — связь и внедрение объектов) и сопоставлений приложений расширениям имен файлов, однако позже его структура и границы использования расширились. Реестры разных версий Windows имеют различия; это нужно помнить при импорте reg-файлов. В Windows XP в архитектуру реестра были введены важные новшества, улучшающие функциональность данного компонента ОС. Реестр хранится в бинарном (двоичном) виде, поэтому для ручной работы с ним необходима специальная программа — редактор реестра. В XP это Regedit.exe, в других версиях NT ими являются Regedit.exe и Regedt32.exe, имеющий дополнительные возможности работы с реестром (Regedt32.exe есть и в XP, но на самом деле он всего лишь вызывает Regedit.exe). Есть и другие программы, в том числе и консольные (Reg.exe). Ручным модифицированием параметров реестра мы займемся чуть позже, а сейчас рассмотрим основные группы сведений, хранящихся в этой базе данных.

• Программы установки. Любая грамотно написанная программа под Windows должна иметь свой инсталлятор-установщик. Это может быть встроенный в ОС Microsoft Installer либо любой другой. В любом случае инсталлятор использует реестр для хранения своих настроек, позволяя правильно устанавливать и удалять приложения, не трогая совместно используемые файлы.
• Распознаватель. При каждом запуске компьютера программа NTDETECT.COM и ядро Windows распознает оборудование и сохраняет эту информацию в реестре.
• Ядро ОС. Хранит много сведений в реестре о своей конфигурации, в том числе и данные о порядке загрузки драйверов устройств.
• Диспетчер PnP (Plug and Play). Абсолютно необходимая вещь для большинства пользователей, которая избавляет их от мук по установке нового оборудования (не всегда, правда:)). Неудивительно, что он хранит свою информацию в реестре.
• Драйверы устройств. Хранят здесь свои параметры.
• Административные средства. Например, такие, как Панель управления, MMC (Micro-soft Management Console) и др.
• Пользовательские профили. Это целая группа параметров, уникальная для каждого пользователя: настройки графической оболочки, сетевых соединений, программ и многое другое.
• Аппаратные профили. Позволяют создавать несколько конфигураций с различным оборудованием.
• Общие настройки программ. Почему общие? Потому, что у каждого пользователя есть профиль, где хранятся его настройки для соответствующей программы.

Таким образом, выше приведены данные о предназначении реестра. Теперь обратим внимание на логическую структуру реестра. Для лучшего понимания материала рекомендуется запустить Regedit.exe.

Структура реестра

Реестр Windows имеет древовидную структуру, схожую со структурой файловой системы. Папкам здесь соответствуют ключи (keys) или разделы (ветви), а файлам — параметры (values). Разделы могут содержать как вложенные разделы (sub keys), так и параметры. На верхнем уровне этой иерархии находятся корневые разделы (root keys). Они перечислены в таблице 1

Таблица 1. Корневые разделы

Типы данных

Все параметры реестра имеют фиксированный тип. В таблице 2 приводится полный список используемых типов. Не все из них используются в разных версиях NT — REG_QWORD явно предназначен для 64-битной версии XP. Следует учесть, что ряд типов используется только системой в некоторых разделах, и создать свой параметр такого типа с помощью редактора реестра не получится.

Таблица 2. Типы параметров

Хранение реестра

Элементы реестра хранятся в виде атомарной структуры. Реестр разделяется на составные части, называемые ульями (hives), или кустами. Ульи хранятся на диске в виде файлов. Некоторые ульи, такие, как HKLM\HARDWARE, не сохраняются в файлах, а создаются при каждой загрузке, то есть являются изменяемыми (vola-tile). При запуске системы реестр собирается из ульев в единую древовидную структуру с корневыми разделами. Перечислим ульи реестра и их местоположение на диске (для NT старше версии 4.0) в таблице 3

Таблица 3. Ульи реестра

Кроме этих файлов, есть ряд вспомогательных, со следующими расширениями:

• ALT – резервная копия улья HKLM\SYSTEM (отсутствует в XP).
• LOG – журнал транзакций, в котором регистрируются все изменения реестра.
• SAV – копии ульев в том виде, в котором они были после завершения текстовой фазы установки.

Дополнительные сведения

Реестр является настоящей базой данных, поэтому в нем используется технология восстановления, похожая на оную в NTFS. Уже упомянутые LOG-файлы содержат журнал транзакций, который хранит все изменения. Благодаря этому реализуется атомарность реестра – то есть в данный момент времени в реестре могут быть либо старые значения, либо новые, даже после сбоя. Как видим, в отличие от NTFS, здесь обеспечивается сохранность не только структуры реестра, но и данных. К тому же, реестр поддерживает такие фишки NTFS, как управление избирательным доступом и аудит событий – система безопасности пронизывает всю NT снизу доверху. Да, эти функции доступны только из Regedt32.exe или Regedit.exe для XP. А еще весь реестр или его отдельные части можно экспортировать в текстовые reg-файлы (Unicode для Windows 2000 и старше), редактировать их в блокноте, а затем экспортировать обратно. Во многих редакторах реестра можно подключать любые доступные ульи реестра, в том числе и на удаленных машинах (при соответствующих полномочиях). Есть возможность делать резервные копии с помощью программы NTBackup.

Ход работы:

Для запуска системного реестра Windows XP необходимо нажать кнопку <Пуск>, <Выполнить>, ввести команду и нажать <ОК>. Запуститься программа Редактор реестра (Рисунок 1).

Рисунок 1. Редактор реестра Regedit.

Для перехода по разделам реестра необходимо выбрать соответствующий раздел и нажать кнопку раскрывающегося списка, находящуюся слева он названия раздела.

Ключ, отвечающий за настройки рабочего стола находится по адресу (Рисунок 2)

Рисунок 2. Ключ реестра отвечающий за настройки рабочего стола.

Размеры элементов экрана в Windows (иконки, шрифты, рамки, меню, полосы прокрутки) хранятся в разделе HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\desktop\WindowMetrics реестра (Рисунок 3).

Рисунок 3. Ключ реестра отвечающий за размеры элементов экрана.

В таблице приведены некоторые параметры, содержащиеся в этом разделе.

Каждый ключ, содержащий данные для шрифта, состоит из последовательности байтов, соответствующих имени шрифта и нескольким флагам, определяющим тип шрифта, типы начертания (полужирный, курсив) и т.д. Эти параметры можно изменять на вкладке «Оформление» диалога «Свойства: Экран».

Некоторые параметры настройки элементов экрана:

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\WindowMetrics\ShellIconSize – управляет размером отображения значков рабочего стола. Значение 48 указывает, что значки рабочего стола будут отображаться размером 48х48 точек. Аналог <Свойства: Экран> / <Оформление> / <Эффекты> / <Применять крупные значки>.

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\FontSmoothing – управляет сглаживанием неровностей экранных шрифтов. Аналог <Свойства: Экран> / <Оформление> / <Эффекты> / <Применять следующий метод сглаживания экранных шрифтов>.

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\DragFullWindows – управляет отображением содержимого окна при его перетаскивании. Аналог <Свойства: Экран> / <Оформление>/<Эффекты>/<Отображать содержимое окна при его перетаскивании>.

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\Wallpaper – содержит путь к файлу рисунка обоев, , аналог <Свойства: Экран> / <Рабочий стол>.

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\SCRNSAVE.EXE – содержит путь к файлу с заставкой, аналог <Свойства: Экран> / <Заставка>.

Далее рассмотрим ключ реестра HKEY_CLASSES_ROOT

Корневой ключ реестра HKEY_CLASSES_ROOT содержит информацию обо всех ассоциациях (связях) расширений имен файлов, с приложениями, поддерживающими эти типы файлов, и о данных, ассоциированных с объектами СОМ. Эти данные совпадают с информацией, которая содержится в ключе classes, расположенной в иерархии ниже ключа  HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE.

Некоторые ключи раздела HKEY_CLASSES_ROOT:

HKEY_CLASSES_ROOT\.ico – определяет параметры файлов с расширением ico (значков, иконок);

HKEY_CLASSES_ROOT\.xls\Excel.Sheet.8\ShellNew – определяет параметры открытия файлов с расширением XLS (параметр Filename=excel9.xls);

HKEY_CLASSES_ROOT\.zip\ShellNew – определяет параметры открытия файлов с расширением ZIP(параметр Filename= C:\Program Files\WinRAR\zipnew.dat);

HKEY_CLASSES_ROOT\Excel.Template\shell\Print\command – определяет команды печати для шаблонов электронных таблиц Excel

HKEY_CLASSES_ROOT\jpg – определяет программу с которой ассоциированы файлы с расширением JPG (параметр По умолчанию = ACDSee.jpg)