Операционные системы. Лабораторные 1-3 (2019). Для всех вариантов.

Лабораторная работа No1: Обработка прерываний клавиатуры

Написать программу, которая должна “озвучивать” клавиатуру, т.е. после запуска этой программы нажатие любой клавиши на клавиатуре будет сопровождаться звуковым сигналом. Клавиатура при этом должна оставаться работоспособной, т.е. продолжать выполнять свои основные функции в нормальном темпе.
Программа должна быть резидентной, т.е. оставаться в памяти после своего завершения.
В качестве пробного варианта длительность звукового сигнала и частоту задать константами в программе. Когда будет получена устойчивая работа программы, изменить её таким образом, чтобы длительность звукового сигнала и его частота задавались в качестве параметров при запуске программы.
Необходимо предоставить пользователю возможность “выключать” и “включать” заново звуковое сопровождение работы клавиш. Использовать для “выключения/включения” звука нестандартную комбинацию клавиш: сочетание нажатой клавиши <Shift> с какой-либо ещё, например, <Shift>+<Esc> ...

Контрольные вопросы

Как поведёт себя Ваша программа, если в качестве параметров командной строки вместо требуемых по заданию длительности и частоты будут заданы неверные значения, например, символы, строки символов, отрицательные или дробные числа?
Как будет работать программа, если задавать величину длительности звукового сигнала очень большой? Почему?
Как можно определить скан-коды требуемых клавиш?
В каком случае при нажатии и отпускании клавиши может раздаваться “двойной” сигнал?
Проверьте, что произойдет, если нажать клавишу и удерживать её в нажатом состоянии? Варианты – раздаётся многократно повторяемый звуковой сигнал, сигнал прозвучал один раз. Что нужно изменить в программе, чтобы она изменила свой вариант поведения на альтернативный?
Видоизменить программу для того, чтобы при нажатии любой клавиши раздавался звук, соответствующий заданной в качестве параметра частоте сигнала, а отпускание клавиши сопровождал звук более высокий (выше на 50% от заданной частоты).
Для некоторых специальных клавиш установить длительность звукового сигнала большей в 2–3 раза (например, для <Esc>, <Shift> или <Enter>) – сделать в программе соответствующие изменения.

Лабораторная работа No2: Управление таймером – операции в реальном времени (программа “будильник”)

Написать резидентную программу, которая будет работать, как “будильник” – через заданный интервал времени издавать короткий звуковой сигнал – “тикать” (например, через 1–2 секунды). По завершении более длительного интервала времени (от нескольких секунд до нескольких минут или часов) должен раздаваться более продолжительный мелодичный звуковой сигнал, имитирующий звонок будильника.
Длительность звукового сигнала – “тиканья” – не должна быть слишком большой. Её следует задавать в программе в пределах от 1/10 до 1⁄2 доли секунды.
По окончании “звонка будильника” “тиканье” должно продолжаться. “Звонок” должен раздаваться только один раз.
В то время, когда звучит “звонок”, не должно быть слышно “тиканья” (звонок может длиться в течение нескольких секунд, и в этот интервал времени теоретически могут попасть звуки “тиканья”).
Для получения эффекта “мелодичного звонка” следует использовать несколько звуковых частот с различной продолжительностью звучания каждой из них.
Временной интервал, через который должно происходить “тиканье” (в секундах – целое число секунд), задавать с клавиатуры в качестве параметра; время, через которое должен прозвонить будильник (в минутах – их число может быть дробным), тоже задавать в качестве параметра. Отсчёт времени для “звонка” вести с момента запуска программы.

Контрольные вопросы

Как будет вести себя Ваша программа, если в качестве параметров командной строки ошибочно ввести символы вместо чисел? Или отрицательное число? Или в случае неверного количества параметров – например, если он будет всего один, или, наоборот, их окажется большее количество, чем нужно?
Возможно ли задавать время продолжительности звонка с точностью до полуминуты?
Какие изменения потребуется сделать в программе, чтобы сделать “звонок будильника” звучащим многократно, каждый раз снова через такой же интервал времени, который был задан вначале?
Каким образом можно изменять длительность звукового сигнала (например, “тиканья”) в обработчике прерываний таймера? Какой параметр программы отвечает за продолжительность сигнала?
Добавьте третий параметр для задания продолжительности “звонка” с клавиатуры.

Лабораторная работа No3: Эмуляция работы параллельных процессов на примере схемы “производитель–потребитель”

Написать программу, которая будет эмулировать параллельную работу некоторых потоков. Потоки должны работать циклически. В качестве модели использовать схему “производитель – потребитель”. Один поток (производитель) может помещать случайные (или какие-то определенные – например, только четные числа или квадраты целых чисел и т.п.) числа в буфер (массив заданного размера), для наглядности поток-производитель должен эти числа выводить на экран. Другой поток (потребитель) забирает числа из этого буфера. Для контроля также выполнять вывод на экран чисел, взятых потоком-потребителем из буфера. Вывод разными потоками выполнять в разные строки и/или разным цветом; дополнительно выводить на экран индикатор того, какой именно поток работает в настоящий момент, а также содержимое буфера и текущий процент его заполненности.
На экране параллельная работа потоков может быть представлена следующим образом:
Верхняя строка (производитель): ячейка для вывода текущего сгенерированного числа, признак активности потока (слово, символ, цвет), сообщение о переполнении буфера в случае этого события. Возможно, ещё какая-то полезная информация, например, номер заполняемой ячейки.
Нижняя (или вторая) строка (потребитель): ячейка для вывода текущего прочитанного числа, признак активности потока (слово, символ, цвет), сообщение о пустом буфере в случае этого события. Возможно, информация о номере считываемой из буфера ячейки.
В середине экрана: сам буфер, в который числа добавляются потоком-производителем и из которого считываются (удаляются или перекрашиваются, попадая при этом в его ячейку в нижней строке экрана) потоком-потребителем. Считывание чисел можно производить по принципу стека или очереди. При считывании по принципу очереди после завершения работы потребителя какое-то количество чисел из начала буфера исчезнет, следовательно, буфер будет перемещаться по экрану и в какой-то момент его потребуется переписать заново, от начала.
Отдельной строкой или в углу экрана отображать процент заполненности буфера.
Предусмотреть обработку критических ситуаций:
1) Случай, когда потребителю предоставлено управление, а буфер данных пуст – тогда активный поток должен напрямую отдать управление производителю, а сам уйти в режим ожидания. При этом вопрос с квантом времени для производителя может быть решён по-разному. Например, остаток недоработанного потребителем кванта может быть передан производителю, либо ему может быть выделен новый квант времени.
2) Случай, когда управление предоставлено производителю, а буфер полон и записывать результаты некуда – поток-производитель должен заблокироваться до появления свободного места в буфере и запустить поток-потребитель. Вопрос с квантом может решаться аналогично.
Для того чтобы было возможно пронаблюдать работу потоков в замедленном режиме, в каждом из потоков следует поставить дополнительную задержку (стандартный delay), величину которой задавать с клавиатуры при запуске программы, в качестве параметра командной строки. При запуске без параметров выводить сообщение примерного вида: “Программа запущена со стандартной задержкой, величина которой =...” и формат запуска программы для задания желаемой задержки.
Потоки при работе чередуются случайным образом; регламентировать их работу с помощью таймера (выделять каждому кванты времени, величина которых тоже случайна – в некотором диапазоне). При этом может складываться ситуация, что один и тот же поток несколько раз подряд получит управление. Таймер по окончании выделенного потоку кванта времени изменяет статус этого потока с активного на пассивный, в результате чего внутренний цикл этого потока должен завершиться.
Внутри обработчика прерываний таймера не может находиться вызовов процедур – потоков! Вызовы процедур должны происходить в бесконечном цикле в основной программе. В обработчик прерываний таймера вообще нельзя включать никакие действия, требующие длительного выполнения, например, вызовы циклических процедур, или процедур, работающих с графикой или с диском.
Для выхода из программы предусмотреть какую-то специальную клавишу или комбинацию клавиш (выбор по желанию программиста), информация о ней должна быть известна пользователю – помещена на экране. При нажатии этой клавиши происходит окончание работы потока-производителя, а поток-потребитель закончит свою работу, только когда буфер будет исчерпан, т.е. выработанная информация будет полностью использована.

Работы сдавались в ноябре 2018, зачтены без замечаний.

Внимание! В программе вместо "Студент ФИО" нужно вставить свои данные.