Лабораторная работа 2 12 лабораторная работа 3 17 лабораторная работа 4 24 лабораторные работы 5-8 38 введение учебный план по специальности 09. 05. 01 «Применение и эксплуатация автоматизированных систем специального назначения»
|
Скачать 0.78 Mb.
|
|
4. Описание лабораторного оборудования (используемых программных комплексов). Для проведения лабораторного практикума дисциплины необходим компьютерный класс, оснащенный персональными компьютерами в количестве не менее 8 на подгруппу. На компьютерах должна быть загружена операционная система Windows, а также среда программирования Java. 5. Меры безопасности. Перед началом практикума по дисциплине преподаватель обязан провести инструктаж со студентами о правилах техники безопасности. Инструктаж включает в себя следующий перечень: правила техники безопасности при работе с электроустановками: правила техники безопасности при работе за компьютером; правила пожарной безопасности: правила поведения при возникновении чрезвычайных ситуаций. Все лаборатории кафедры должны быть оборудованы средствами пожарной сигнализации, сигнализации при опасности, средствами аварийного пожаротушения. В лабораториях должны находиться: план эвакуации: правила техники безопасности. Перед каждой лабораторной работой группа студентов (подгруппа) должна расписаться об ознакомлении с правилами безопасности в журнале по технике безопасности, находящемся в лаборатории. 6. Задание. 1. Построить приложение для запуска приложения, путь и имя которого можно задавать в диалоговом окне. Для запуска приложения используйте функцию WinExec(). 2. То же самое сделать при помощи функции CreateProcess. 3. Построить приложение, рассмотренное в примере, проверить его работу. 4. Добавить в разработанное приложение средства получения количественных характеристик количества вычислений. Использовать: обычное усреднение за N секунд; 5. Построить зависимость количества вычислений от приоритета потока при 3 значениях приоритета приложения (вручную, используя оценки, полученные в п.4) 6. Создать приложение в соответствии с текстом вырианта, в котором создаются 2 потока одного процесса, выполняющиеся с критическими секциями. Приложение использует 1 Button, 2 ListBox , 1 CheckBox. При установке (включении) критических секций конечным результатом работы приложения должно быть значение глобальной переменной, равное 124. 7. Добавить возможность изменения приоритетов потоков. Запустить приложение с различными приоритетами потоков. Ответить на вопрос: как влияет изменение приоритетов потоков на результаты выполнения приложения. 8. Реализовать в зависимости от задачи варианта один из механизмов взаимодействия процессов в WIN32 Требования: Использование только вызовов API Желательно описание внешних вызовов ОС производить непосредственно в своем коде (разрешено пользоваться описанием windows.pas) Обработка ошибок и их анализ по каждому вызову функций API Остановка исследуемого процесса по вводу символа «а» с клавиатуры 7. Методика выполнения задания. Для выполнения работы необходимо: Повторить правила техники безопасности при работе с вычислительной техникой. Изучить раздел "Операционная система WINDOWS" лекционного курса, а также теоретическую часть настоящих методических указаний. Получить у преподавателя вариант задания. Выбрать требование к операционной системе реального времени для изучения на компьютере. Оформить отчет по лабораторной работе. Защитить лабораторную работу, продемонстрировав преподавателю: отчет по лабораторной работе; умение решать аналогичные задачи; теоретические знания. 8. Требования к содержанию и оформлению отчета. Отчет по выполненной лабораторной работе должен содержать: титульный лист; условие задания; текст программы; руководство пользователя; отлаженную программу на компьютере. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Организация синхронного и асинхронного взаимодействия процессов. Работа в среде программирования Java. 1. Цель работы. Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний в области синхронного и асинхронного взаимодействия процессов в системах реального времени. 2. Задачи. К задачам лабораторной работы относятся: Приобретение навыков организации синхронного и асинхронного взаимодействия процессов; Изучение возможностей Java для организации синхронного и асинхронного взаимодействия процессов. 3. Теоретическая часть. Синхронизация потоков Нередко при многопоточном программировании приходится решать проблему синхронизации потоков. Проблема эта обычно возникает, если разные потоки имеют доступ к одному и тому же ресурсу. Пояснить возникающие при этом сложности можно на следующем примере, не относящемся напрямую к программированию. Предположим, имеется банковский счет, на который могут вноситься суммы и с которого могут сниматься суммы, причем выполняться могут сразу несколько операций - это обычная ситуация, когда доступ к счету имеют несколько субъектов финансово-экономической деятельности. Процесс изменения состояния счета можно отождествить с потоком. Таким образом, может выполняться сразу несколько потоков. Непосредственно процесс изменения состояния счета состоит из двух этапов. Сначала сумма, находящаяся на счету, считывается. Затем со считанным значением выполняется нужная операция, после чего новое значение вносится как новое состояние счета. Если в процесс изменения состояния счета между считыванием и записью суммы счета вклинится другой поток, последствия могут быть катастрофическими. Например, пусть есть счет в размере 10000 рублей. Одним потоком сумма на счету увеличивается на 5000 рублей, а другим - уменьшается на 3000 рублей. Несложно понять, что новое значение счета должно быть равным 12000 рублей. А теперь проанализируем такую ситуацию. Первым процессом считана сумма в 10000 рублей. После этого, но до записи первым потоком нового значения, второй поток также считывает сумму на счету. Затем первый поток записывает новое значение счета, то есть 15000 рублей. После этой оптимистичной процедуры второй поток также записывает свое значение, но это 7000 рублей, поскольку 10000 - 3000 = 7000. Понятно, что для банка это хорошо, но никак не для обладателя счета. Другой пример: продажа железнодорожных билетов из разных касс. В этом случае из базы данных считывается информация о наличествующих свободных местах, и на одно из них выписывается билет (или не выписывается). Соответствующее место помечается как занятое (то, на которое продан билет). Понятно, что если подобные операции выполняются сразу несколькими потоками, возможны неприятности, поскольку на одни и те же места могут продаваться по несколько билетов, если при выписке билета другой поток успеет считать из базы данных старую информацию, в которой не отражены вносимые при покупке билета изменения. Поэтому при необходимости потоки синхронизируют, что делает невозможным ситуации, подобные описанным. Существует два способа создания синхронизированного кода: – создание синхронизированных методов; – создание синхронизированных блоков. В обоих случаях используется ключевое слово synchronized. Если создается синхронизированный метод, ключевое слово synchronized указывается в его сигнатуре. При вызове синхронизированного метода потоком другие потоки на этом методе блокируются - они не смогут его вызвать, пока работу с методом не завершит первый вызвавший его поток. Можно синхронизировать объект в блоке команд. Для этого, блок выделяется фигурными скобками, перед которыми указывается ключевое слово synchronized, а в скобках после этого слова - синхронизируемый объект. Пример программы с синхронизированным методом приведен в листинге 1. Листинг1. Синхронизация потоков class MySource{ // Синхронизированный метод: synchronized void showName(String msg1, String msg2, int time){ try{ // Приостановка потока, из которого вызван метод: Thread.sleep(time); // Вывод значения поля msg1: System.out.print("Фамилия: "+msg1); // Еще одна приостановка потока: Thread.sleep(2*time); // Вывод значения поля msg2: System.out.println(" Имя: "+msg2); }catch(InterruptedException е){// Обработка исключения Sуstеm.оut.рrintln("Прерывание потока: "+е);} } } // Класс. реализующий интерфейс Runnable: class MakeThread implements Runnable{ // Поле объекта потока: Thread t; // Поле–объект MySource: MySource src; // Текстовые поля: String nаmе; String surname; int time; // Конструктор: MakeThread(String s1, String s2, int time, MySource obj){ surname=s1; name=s2; src=obj; this.time=time; // Создание потока: t=new Thread(this); // Запуск потока: t.start();} // Определение метода run(): public void run(){ src.showName(surname, name, time);} } class SynchThreads{ public static void mаin(String args[]){ // Объект "ресурса": MySource obj=new MySource(); // Создание потоков: MakeThread fellow1=new МаkеТhrеаd("Иванов", "Иван", 1000, оbj); MakeThread fellow2=new МаkеТhrеаd("Петров", "Петр" ,450, obj); MakeThread fellow3=new МаkеТhrеаd("Сидоров", "Сидор", 1450, оbj); try{ // Ожидать завершения потоков fellow1.t.join(); fellow2.t.join(); fellow3.t.join(); }catch(InterruptedException е){ // Обработка исключения Sуstеm.оut.рrintln("Прерывание потока: "+е);} }} Идея, положенная в основу алгоритма программы, достаточно проста. В главном потоке создаются и запускаются три дочерних потока, и каждый из них с временной задержкой выводит два сообщения: одно с именем и другие с фамилией. Однако для вывода сообщений используется один и тот же объект класса MySource, а точнее, метод showName этого объекта, Таким образом, три потока в процессе своего выполнения в разное время обращаются к одному и тому же объекту, который играет роль общего ресурса. Этот объект создается в главном методе программы main() в классе SynchThreads с помощью команды MySource obj=new MySource(), Описание класса MySource можно найти в начале листинга 5. В этом классе описан всего один метод showName(), причем метод синхронизирован - об этом свидетельствует инструкция synchronized в сигнатуре метода. У метода три аргумента: два текстовых и один целочисленный. Текстовые аргументы определяют фамилию и имя виртуального пользователя, а третий числовой аргумент определяет значение задержки между выводимыми методом сообщениями. В частности, перед выводом первого сообщения задержка равна, в миллисекундах, значению третьего аргумента, а интервал между первым и вторым сообщениями в два раза больше, Для приостановки выполнения потока используется статический метод slеер(). Также в методе showName() обрабатывается исключение класса InterruptedException - «прерывание потока». Потоки создаются с помощью класса MakeThread, реализующего интерфейс Runnable. У класса пять полей: поле t класса Thread, на котором реализуется поток, объектная ссылка src класса MySource, два текстовых поля nаmе и surname и целочисленное поле time. Поле через объектную ссылку src ссылается на внешний объект класса MySource, посредством которого осуществляется вывод информации на экран. В поле nаmе записывается имя, а в поле surname – фамилия виртуального пользователя. Целочисленный аргумент time содержит значение базовой задержки вывода сообщений. Конструктор класса MakeThread имеет четыре аргумента, которыми задаются значения полей класса surname, nаmе, time и src соответственно, Командой t=new Thread(this) создается объект для потока, а командой t.start() поток запускается. В методе run() командой src.showName(surname, name, time) из объекта src запускается метод showName(). Аргументами методу передаются значения полей объекта класса MakeThread, из которого запускается поток В главном методе программы, кроме объекта obj, создаются три объекта fellow1, fellow2 и fellоw3 класса MakeThread (с разными аргументами). Затем в главном потоке с помощью метода join(), который вызывается из объекта-поля t каждого из трех объектов fellow1, fellow2 и fеllоw3, дается указание ожидать окончания выполнения каждого из трех потоков. В результате выполнения программы получаем: Фамилия: Иванов Имя: Иван Фамилия: Сидоров Имя: Сидор Фамилия: Петров Имя: Петр Таким образом, имеет место соответствие между фамилиями и именами виртуальных пользователей. Такое соответствие достигается благодаря синхронизации метода showName(). Убедиться в последнем просто - достаточно убрать ключевое слово synchronized из сигнатуры метода showName(). Результат выполнения программы после этого изменится радикально: Фамилия: Петров Фамилия: Иванов Имя: Петр Фамилия: Сидоров Имя: Иван Имя: Сидор Проблема в том, что каждый поток из-за задержки перед выводом сообщений какое-то время работает с объектом obj, через который выводятся сообщения. При отсутствии синхронизации в работу одного потока вклинивается другой поток, в результате сообщения появляются достаточно хаотично (хотя по строгой логической схеме, в соответствии с программным кодом). В завершение отметим, что реализовать синхронизацию общего ресурса в данном случае можно было и по-другому. Например: public void run(){ src.showName(surname, name, time); } Вместо подобной реализации метода run() в классе MakeThread можно было сделать следующее: public void run(){ synchronized(src){ src.showName(surname, name, time); } } В данном случае синхронизируемый код выделен в блок, а перед ним в скобках после ключевого слова synchronized указан синхронизируемый объект src. 4. Описание лабораторного оборудования (используемых программных комплексов). Для проведения лабораторного практикума дисциплины необходим компьютерный класс, оснащенный персональными компьютерами в количестве не менее 8 на подгруппу. На компьютерах должна быть загружена операционная система Windows, а также среда программирования Java. 5. Меры безопасности. Перед началом практикума по дисциплине преподаватель обязан провести инструктаж со студентами о правилах техники безопасности. Инструктаж включает в себя следующий перечень: правила техники безопасности при работе с электроустановками: правила техники безопасности при работе за компьютером; правила пожарной безопасности: правила поведения при возникновении чрезвычайных ситуаций. Все лаборатории кафедры должны быть оборудованы средствами пожарной сигнализации, сигнализации при опасности, средствами аварийного пожаротушения. В лабораториях должны находиться: план эвакуации: правила техники безопасности. Перед каждой лабораторной работой группа студентов (подгруппа) должна расписаться об ознакомлении с правилами безопасности в журнале по технике безопасности, находящемся в лаборатории. 6. Задание. Написать программы для параллельной работы на языке Java. 1. Создать главный поток. Создать 2 потока расширением класса Thread. Приостановка главного потока на 2 сек. Дочерних на 5 сек. Сообщения о времени. Синхронизировать потоки. 2. Создать главный поток. Создать 3 потока на основе реализации интерфейса Runnablе. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочерних на 5 сек. Сообщения о событыях. Синхронизировать потоки. 3. Создать главный поток. Создать 4 потока расширением класса Thread. Приостановка главного потока на 2 сек. Дочерних на 3 сек. Сообщения об используемом оборудовании. Синхронизировать потоки. 4. Создать главный поток. Создать 1 поток на основе реализации интерфейса Runnablе. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочернего на 5 сек. Сообщения о дате. Синхронизировать потоки. 5. Создать главный поток. Создать 5 потоков расширением класса Thread. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочерних на 0,5 сек. Сообщения о цвете. Синхронизировать потоки. 6. Создать главный поток. Создать 3 потока на основе реализации интерфейса Runnablе. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочерних на 3 сек. Сообщения о номерах. Синхронизировать потоки. 7. Создать главный поток. Создать 4 потока расширением класса Thread. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочерних на 7 сек. Сообщения о дисциплинах. Синхронизировать потоки. 8. Создать главный поток. Создать 2 потока на основе реализации интерфейса Runnablе. Приостановка главного потока на 2 сек. Дочерних на 3 сек. Сообщения о животных. Синхронизировать потоки. 9. Создать главный поток. Создать 3 потока расширением класса Thread. Приостановка главного потока на 2 сек. Дочерних на 6 сек. Сообщения о цветах. Синхронизировать потоки. 10. Создать главный поток. Создать 6 потоков на основе реализации интерфейса Runnablе. Приостановка главного потока на 1 сек. Дочерних на 2 сек. Сообщения о событиях. Синхронизировать потоки. 7. Методика выполнения задания. Для выполнения работы необходимо: Повторить правила техники безопасности при работе с вычислительной техникой. Изучить раздел " Организация синхронного и асинхронного взаимодействия процессов " лекционного курса, а также теоретическую часть настоящих методических указаний. Получить у преподавателя вариант задания. Выбрать требование к операционной системе реального времени для изучения на компьютере. Оформить отчет по лабораторной работе. Защитить лабораторную работу, продемонстрировав преподавателю: отчет по лабораторной работе; умение решать аналогичные задачи; теоретические знания. 8. Требования к содержанию и оформлению отчета. Отчет по выполненной лабораторной работе должен содержать: титульный лист; условие задания; текст программы; руководство пользователя; отлаженную программу на компьютере. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 Разработка параллельных программ на Java. Работа в среде программирования Java. 1. Цель работы. Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний в области разработки параллельных программ на Java для систем реального времени. 2. Задачи. К задачам лабораторной работы относятся: Приобретение навыков разработки параллельных программ на Java для систем реального времени; Изучение возможностей Java для построения и эксплуатации систем мягкого реального времени. 3. Теоретическая часть. В СРВ необходимо реализовывать параллельную работу потоков. Язык Jаvа поддерживает многопоточное программирование. Многопоточная программа содержит две или больше частей, которые могут выполняться одновременно. Каждая такая часть программы называется потоком. С понятием многопоточности тесно связано понятие многозадачности. Многозадачность реализуется, как правило, либо на потоках, либо на процессах. Различие между потоками и процессами достаточно зыбкое. Обычно для процессов выделяется отдельная область памяти, которая доступна только для этих процессов. Это повышает безопасность, но снижает скорость выполнения программы. На процессах основана работа операционных систем. При многопоточности обычно память по потокам не разбивается. Хотя такая ситуация может сказаться на стабильности программы, системные ресурсы используются экономнее и программа работает быстрее. Обычно многопоточное программирование применяют для сведения к минимуму времени простоя системы, поскольку сразу несколько задач могут выполняться одновременно. Поточная модель Java При однопоточном программировании в бесконечном цикле выполняется один поток управления, который опрашивает единую очередь событий и принимает решение, какое действие выполнять следующим. Примером может быть процесс считывания информации из файла. После получения сигнала о готовности файла к считыванию управление передается соответствующему обработчику, и пока из этого обработчика не будет получен ответ, никаких новых действий не предпринимается. В противовес этому при многопоточном программировании один поток может делать паузу, не прерывая выполнение других потоков. Именно такой подход реализован в Jаvа. Как и все в Jаvа, поточная модель реализуется посредством иерархии классов, описывающих потоки. Основу этой иерархии составляют класс Thread и интерфейс Runnablе. Для создания потока необходимо либо расширить класс Thread, либо реализовать интерфейс Runnable. При этом класс Thread инкапсулирует поток исполнения. При запуске Jаvа-программы начинает выполняться главный поток. Особенность главного потока состоит в том, что в нем порождаются все дочерние потоки. Главный поток отождествляется с программой. Программа начинается с выполнения главного потока и должна завершаться с завершением главного потока. В отличие от дочерних потоков главный поток создается автоматически. Поэтому в предыдущих примерах никаких дополнительных действий для создания главного потока не применялось. Главным потоком можно управлять. Делается это с помощью поточного объекта с использованием методов класса Thread. Некоторые из этих методов приведены в табл. 1. Таблица 1. Методы класса Thread
В частности, ссылку на поток получают с помощью метода currentThread(), который является членом класса Thread и имеет атрибуты public и static. Метод имеет сигнатуру public static Thread currentThread(). Пример использования метода currentТhread() для получения доступа к главному потоку приведен в листинге 1. Листинг 1. Главный поток программы class CurrentThreadDemo{ public static void main(String args[]){ // Объектная переменная t класса Thread: Thread t; // Объектная переменная t ссылается на главный поток программы: t=Thread.currentThread(); // Информация о потоке: Sуstеm.оut.рrintln("Активный поток: "+t); // Потоку присвоено (изменено) имя: t.sеtNаmе("Самый главный поток"); // Информация о потоке: Sуstеm.оut.рrintln("После изменения имени: "+t); try{ for(int n=5;n>0;n--){ System.out.println(n); // Приостановка потока: Thread.sleep(1000);} }catch(InterruptedException е){ // Обработка исключения "прерывание потока" Sуstеm.оut.рrintln("Поток завершен!");}} } В главном методе программы командой Thread t объявляется объектная переменная t класса Thread. Значение этой переменной, то есть ссылка на поток, присваивается командой t=Thread.currentТhread() (кстати, можно было две команды объединить в одну: Thread t=Thread.currentТhread()). Поскольку метод currentТhread() статический, его можно вызывать, не создавая объект, а указав имя класса, что, собственно, и было сделано. В качестве значения метод возвращает ссылку на тот поток, из которого метод вызывался. В данном случае это главный поток программы. В результате в объектную переменную t записывается ссылка на главный поток программы. Теперь, если нам понадобится обратиться к главному потоку, мы можем воспользоваться переменной t. Хочется обратить внимание читателя на уже упоминавшийся факт: главный поток создается автоматически. Он существует безотносительно того, объявляем мы переменную t или нет. Эта переменная нужна лишь для того, чтобы идентифицировать поток, так сказать, поймать его «за уши». Командой System.out.println( "Активный поток: "+t) на экран выводится информация о главном потоке. Объект t, переданный аргументом методу println(), приводится к текстовому формату (благодаря переопределенному для класса Thread методу toString()). в результате на экран выводится сообщение: Активный поток: Thread[main.5.main] |
Похожие:
 |
Лабораторная работа №9 59 Лабораторная работа №10 72 Лабораторная... Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по мдк. 03. 01. «Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов»... |
 |
Лабораторная работа 1 4 лабораторная работа 2 13 лабораторная работа... Интернете разнообразную информацию – описательную, графическую, картографическую и пр. При разработке сайтов необходимо уметь работать... |
|
Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ... Лабораторная работа 4, 5 Исследование регистров, счетчиков и дешифраторов Лабораторная работа 6, 7 Исследование генератора псевдослучайной... |
|
Лабораторная работа №10. Изучение принципа действия и функциональной... Лабораторная работа № Изучение принципов построения системы автоматической подстройки частоты (апч) радиолокационной станции |
|
Лабораторная работа №27 Лабораторная работа №28 Контрольные работы... Пм «Сборка монтаж (демонтаж) элементов судовых конструкций, корпусов, устройств и систем металлических судов» |
|
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
|
Лабораторная работа №1 «Применение средств операционных систем и... |
|
Лабораторная работа № Лабораторная работа №1. Изучение основных возможностей программного продукта Яндекс. Сервер. Установка окружения, установка и настройка... |
|
Практическая работа Содержание Лабораторная работа: Оценка программно-аппаратных средств при переходе на Windows Vista 3 |
|
Лабораторная работа 1 Тема работы: Установка операционной системы.... Оответствии с инструкциями преподавателя, последовательность действий, описанных в частях 1 и 2, может быть скорректирована с учетом... |
|
Лабораторная работа №2. Расчет матрицы a инерционных коэффициентов... Лабораторная работа №3. Расчет матриц Якоби (С7, D7j) исполнительного механизма космического манипуляционного робота 9 |
|
Контрольная работа №1 по теме «Организм. Молекулярный уровень» Лабораторная работа №2 «Изучение клеток и тканей растений и животных на готовых микропрепаратах» |
|
Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора I8085A при реализации программы |
|
Лабораторная работа №5 Тема: Использование элементов управления, cookie, сессии. Работа с почтой Запустите файл из папки лабораторной работы №7 для установки Denver. Внимательной следуйте инструкциям программы – установки. Установку... |
|
Лабораторная работа №4a ... |
|
Лабораторная работа №1 Целью работы является изучение технологии построения модели процесса в нотации bpmn 0 с использованием |