Контрольная и Лабораторные работы 1-3 по дисциплине: Операционные системы. Вариант № 5

Лабораторная работа 1

Задание:
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> ...

Ответы на контрольные вопросы:
1) 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?
2) Как будет работать программа, если задавать величину длительности звукового сигнала очень большой? Почему?
3) Как можно определить скан-коды требуемых клавиш?
4) В каком случае при нажатии и отпускании клавиши может раздаваться “двойной” сигнал?
5) 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?
6) 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).
7) 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 2

Задание:
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.

Ответы на контрольные вопросы
1) 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?
2) Возможно ли задавать время продолжительности звонка с точностью до полуминуты?
3) Какие изменения потребуется сделать в программе, чтобы сделать “звонок будильника” звучащим многократно, каждый раз снова через такой же интервал времени, который был задан вначале?
4)  Каким образом можно изменять длительность звукового сигнала (например, “тиканья”) в обработчике прерываний таймера? Какой параметр программы отвечает за продолжительность сигнала?
5)  Добавьте третий параметр для задания продолжительности “звонка” с клавиатуры.
Это реализовано в программе quest5.pas.

=============================================

Лабораторная работа 3

Задание:
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.

Ответы на контрольные вопросы

1)  Как поведет себя программа, если первым будет выбираться на выполнение поток-потребитель?
2) Каким образом можно создать приоритет тому или другому потоку? Используя только датчик случайных чисел? Добавьте возможность задания приоритета в форме параметра командной строки.
3) Возможно ли добавление в ту же программу новых потоков? Измените программу таким образом, чтобы можно было при ее запуске указывать требуемое количество потоков. При этом функции каждого потока определяются случайным образом. Т.е. может получиться несколько потребителей и один производитель, или наоборот... В крайней ситуации – все производители или все потребители. Как поведёт себя программа в подобном случае?

=============================================
=============================================

Контрольная работа
По дисциплине: Операционные системы

Вариант: 5

Задания:
1. Два потока: первый читает информацию из файла (например, стихи или текст программы) в буфер, второй эту информацию из буфера выдаёт на экран. При заполнении окна вывода до конца его содержимое не должно обновляться полностью – вывод новой информации должен осуществляться в последнюю строку, а все остальные строки смещаться вверх (по материалам лаб. работы No3). Имя читаемого файла задавать как параметр командной строки. После окончания файла он начинает считываться заново.

2. Музыкальное сопровождение – как минимум несколько нот различной длительности, образующие мелодию. Во включенном состоянии мелодия должна играть в фоновом режиме (по материалам лаб. работы No2).

3. Два потока: один выполняет поиск всех последовательных простых чисел и зано-сит их в буфер, второй осуществляет их вывод из буфера на экран (по материалам лаб. работы No3).

5. Вывод заголовка работы (фамилия и имя автора и название работы) в виде “бегущей строки”. Место вывода (верхняя или нижняя строка экрана) задавать параметром командной строки.

------------------------------------------------------------------------------

Необходимо написать программу, реализующую параллельную работу нескольких процессов. Каждый процесс может состоять из одного или нескольких потоков. Любой из потоков, работающих в составе этих процессов, может быть приостановлен и вновь запущен некоторой определенной клавишей (можно использовать буквенные или цифровые клавиши). Нажатия клавиш обрабатывать с помощью прерывания от клавиатуры (по материалам лаб. работы No1).
Окончание работы программы должно происходить при приостановке всех потоков их ключевыми клавишами либо при нажатии клавиши ESC. При окончании работы необходимо выполнить корректное завершение, т.е. “дочитать” всю информацию из буфера каждого процесса (при его наличии), закрыть все открытые файлы и т.п. – по материалам лаб. работы No3.
Те потоки, которые выводят информацию на экран, должны использовать для этого каждый свое отдельное окно, обрамленное рамкой – экран визуально делится на несколько окон, в каждом из которых отображается один процесс.
Дополнительное информационное окно должно содержать описание управляющих клавиш и краткое сообщение о тех действиях, которые выполняются в программе: номер потока, его статус в текущий момент времени (активен, приостановлен, ожидает), другую информацию (указание величины выделенного потоку кванта времени, процент заполненности буфера и т.п.) в зависимости от конкретного потока.
Программа должна работать устойчиво, без “зависаний” и непредвиденных зрительных эффектов. В случае необходимости указания параметров при запуске программы необходимо предусмотреть и обработать все возможные ошибки (с выводом диагностики на экран).
Задачи 1, 3, 6 предполагают наличие управляющего блока, который, используя прерывания таймера, случайным образом определяет очередной активный поток и выделяет ему кванты времени (возможно, в рамках большего кванта, выделенного всему процессу). Кванты времени – как для процесса в целом, так и для его потоков – изначально задавать некоторой фиксированной величины, но предусмотреть возможность её изменения во время работы путем нажатия некоторых ключевых клавиш (для каждого из потоков предусмотреть свою клавишу) – т.е. можно, например, увеличить или уменьшить квант только потока-производителя. При этом допустимы разные варианты реализации – “общий” квант может либо меняться, либо оставаться постоянным (тогда при ускорении одного потока другой автоматически замедлится, т.к. величина его кванта уменьшится).
Потоки этого класса задач могут иметь три статуса: “активен”, “ожидает” или “приостановлен”. В процессе работы может возникнуть, например, следующая ситуация. Поток-потребитель приостановлен своей ключевой клавишей, следовательно, буфер не освобождается. Поток-производитель активен, он заполнит буфер информацией и перейдёт в состояние ожидания. Из этого состояния он сможет выйти только после того, как будет возобновлена (нажатием клавиши) работа потока-потребителя, который освободит место в буфере для помещения новой информации. В случае приостановки производителя возникнет аналогичная ситуация, только с пустым буфером. Приостановка/возобновление потока возможны в любом его состоянии – как в активном, так и в состоянии ожидания.
Задачи 2, 4, 5, 7 должны выполняться равномерно, независимо от степени загрузки системы. Для этого каждой из них необходимо получать управление через фиксированное количество “тиков” системного таймера, во время которого они выполнят какое-то свое элементарное действие (“бегущая строка” или “летающий объект” сместится на одну позицию, сменится нота в музыке...). При такой реализации скорость каждого потока будет определяться количеством “тиков” таймера между его запусками. Для уменьшения скорости такого потока достаточно после нажатия ключевой клавиши предоставлять ему управление реже, через большее число “тиков”, соответственно для ускорения такого потока – опять же после нажатия ключевой клавиши – ему предоставляется управление чаще, в пределе – на каждом “тике”. Так, “бегущая строка” должна двигаться равномерно с постоянной скоростью (если она не приостановлена ключевой клавишей) независимо от количества активных процессов в системе, музыка – тоже играть равномерно... Потоки этого класса задач могут иметь два статуса: “активен” и “приостановлен”.

=============================================

Проверил(а): Бах Ольга Анатольевна
Оценка: Отлично
Дата оценки: 19.12.2022г.

Помогу с вашим вариантом, другой дисциплиной, онлайн-тестом, либо сессией под ключ.
E-mail: sneroy20@gmail.com
E-mail: ego178@mail.ru