Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра автоматизированных систем управления М. Г. ЖУРАВЛЕВА ИЗУЧЕНИЕ WINDOWS API МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторных работ по курсам «Операционные системы» и «Операционные системы и оболочки» Липецк Липецкий государственный технический университет 2013 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» УДК 004.451 (07) Ж 911 Рецензент – В. В. Ведищев, канд. техн. наук, доцент Журавлева, М. Г. Ж 911 Изучение Windows API [Текст]: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам «Операционные системы» и «Операционные системы и оболочки» / М.Г. Журавлева. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 34 с. Рассмотрены функции Windows API для управления файлами, процессами, потоками, мьютексами, семафорами и событиями в классических приложениях современных ОС семейства Windows. Представлены порядок выполнения лабораторной работы и оформления отчета, задания к лабораторным работам с вариантами, теоретические сведения с пояснениями, контрольные вопросы. Предназначены для студентов третьего курса факультета автоматизации и информатики специальности 010503.65, изучающих дисциплину «Операционные системы и оболочки», студентов третьего курса факультета автоматизации и информатики специальности 230102.65 и направлений 230100.62, 010500.62, 231000.62, а также студентов второго курса факультета автоматизации и информатики направления 230401.51, изучающих дисциплину «Операционные системы». Табл. 6. Библиогр.: 4 назв.  ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013 2 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Общие сведения Лабораторный практикум предполагает изучение внутреннего устройства операционных систем (ОС) посредством разработки консольных приложений в ОС семейства Windows с использованием Windows API. Все программы следу- ет разрабатывать на языках C/C++, используя там, где возможно, функции Win- dows API. Теоретические сведения для каждой лабораторной работы включают описание требуемых функций и/или пояснения. Некоторые детали описания представленных функций опущены, минимальные требования к ОС-клиенту для большей части функций – Windows XP [1, 2]. Рекомендуемый порядок выполнения лабораторной работы: 1. Построение алгоритма решения задачи. 2. Написание программы: проверка корректности вводимых пользовате- лем данных (при вводе пользователем некорректных данных следует выводить сообщение об ошибке); написание функций, выполняющих выбранные в соот- ветствии с вариантом операции; реализация интерфейса пользователя. 3. Тестирование программы, обработка результатов работы. 4. Оформление отчета в соответствии с СТО-13-2011, в основную часть должны быть включены следующие пункты: название лабораторной работы; цель работы; краткие теоретические сведения; описание экспериментальной установки и методики эксперимента; экспериментальные результаты; обработ- ка и анализ результатов работы; выводы. Перед началом работы в лаборатории студент обязан пройти инструктаж по технике безопасности, ознакомиться с расположенными на стенде лаборато- рии инструкцией № 396 по охране труда для операторов и пользователей ЭВМ, выпиской из норм и правил ЛГТУ по охране труда, извлечениями из инструк- ции по пожарной безопасности зданий, сооружений и помещений ЛГТУ. Исходные данные для лабораторных работ выбираются из таблиц прил. по номеру варианта, который соответствует номеру студента в журнале препо- давателя. С примерами программ можно ознакомиться в [1]. 3 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Лабораторная работа № 1 Разработка программ обработки файлов в ОС Windows Цель работы Получение навыков использования функций Windows API, обеспечиваю- щих обработку файлов. Задание кафедры Написать программу вставки n строк исходного файла в заданную пози- цию результирующего файла и последующей установки/получения атрибутов результирующего файла. Исходные данные указываются пользователем в аргу- ментах командной строки: количество строк – в качестве второго аргумента, номера строк – в качестве третьего – [(n+3)-1]-го аргументов, далее следуют имена исходного и результирующего файлов, следующий аргумент – позиция, в которую следует вставлять строки (исходные данные выбираются из табл. 1 прил.). Теоретические сведения Обработка файлов средствами Windows API предполагает использование традиционных функций создания и открытия, чтения и записи, перемещения указателя, закрытия файлов. 1. Создание и открытие файла: «HANDLE WINAPI CreateFile( LPCTSTR lpFName, DWORD dwDesAccess, DWORD dwShMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSAttributes, DWORD dwCreatDisposition, DWORD dwFlgAndAttributes, HANDLE hTempFile );», где lpFName – имя создаваемого или открываемого файла/устройства (под устройством понимается каталог, физический диск, том, буфер консоли, канал и др.). В этом имени можно использовать прямые (/) или обратные (\) слэши. В ANSI-версии функции длина имени ограничивается значением MAX_PATH, 4 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» для увеличения длины до 32767 символов можно вызывать UNICODE-версию, помещая перед именем префикс "\\?\"; dwDesAccess – требуемый тип доступа к файлу/устройству: GENERIC_READ (чтение), GENERIC_WRITE (запись), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE (чтение или запись) и др.; dwShMode – требуемый режим совместного использования файла/устройства: FILE_SHARE_READ (параллельное чтение), FILE_SHARE_WRITE (парал- лельная запись), FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE (параллельные чтение или запись), FILE_SHARE_DELETE (параллельный запрос на удале- ние/переименование), 0 (разделение запрещено) и др.; lpSAttributes – указатель на структуру SECURITY_ATTRIBUTES, содержащую дескриптор безопасности, контролирующий доступ к файлу/устройству, и при- знак наследуемости возвращаемого функцией CreateFile дескриптора. Если значение данного параметра – NULL, дескриптор не наследуется; dwCreatDisposition – действие, которое нужно совершить с фай- лом/устройством: CREATE_NEW (создать новый, если он еще не существует), CREATE_ALWAYS (создать новый, если существует, создать заново), OPEN_ALWAYS (открыть, при необходимости – создать и открыть), OPEN_EXISTING (открыть только существующий), TRUNCATE_EXISTING (открыть только существующий, сделав его размер нулевым); dwFlgAndAttributes – атрибуты и флаги файла/устройства, параметр может включать комбинацию (с помощью «|») из любых доступных атрибутов: FILE_ATTRIBUTE_NORMAL (значение по умолчанию, не устанавливается од- новременно с другими атрибутами), FILE_ATTRIBUTE_READONLY (только чтение), FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE (архивный), FILE_ATTRIBUTE_- HIDDEN (скрытый) и другие атрибуты и флаги; hTempFile – дескриптор файла-шаблона с правом доступа «GENERIC_READ», предоставляет атрибуты файла и расширенные атрибуты для создаваемого фай- ла, может принимать значение NULL. Если операция успешна, функция возвращает открытый дескриптор фай- ла/устройства, иначе - INVALID_HANDLE_VALUE. 5 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 2. Закрытие файла (и других объектов): «BOOL WINAPI CloseHandle( HANDLE hObj );», где hObj – дескриптор открытого объекта (файла). Функция закрывает также дескрипторы процессов, потоков, событий, мьютексов, семафоров, каналов и других объектов. Если операция успешна, функция возвращает не ноль, иначе ноль. 3. Чтение файла: «BOOL WINAPI ReadFile( HANDLE hF, LPVOID lpBuf, DWORD nNumberBytesToRead, LPDWORD lpNumberBytesRead, LPOVERLAPPED lpOverlap );», где hF – дескриптор файла/устройства; lpBuf – указатель на буфер для считанных данных; nNumberBytesToRead – максимальное количество считываемых байтов; lpNumberBytesRead – указатель на переменную, получающую количество счи- танных байтов при синхронном дескрипторе hF, при асинхронном дескрипторе (когда hF был открыт с флагом FILE_FLAG_OVERLAPPED) следует использо- вать NULL. Параметр может быть NULL, только если lpOverlap не NULL; lpOverlap – указатель на структуру OVERLAPPED, передается в том случае, ес- ли hF - асинхронный. В этом случае в структуре OVERLAPPED в полях Offset и OffsetHigh предварительно устанавливается байтовое смещение, с которого бу- дет осуществляться чтение файла. Если операция успешна, возвращаемое значение – не ноль. 4. Запись в файл: «BOOL WINAPI WriteFile( HANDLE hF, LPCVOID lpBuf, DWORD nNumBytesToWrite, LPDWORD lpNumBytesWritten, LPOVERLAPPED lpOverlap );», где hF – дескриптор файла/устройства; 6 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» lpBuf – указатель на буфер с данными для записи в файл/устройство; nNumberBytesToWrite – количество записываемых байтов; lpNumberBytesWritten – указатель на переменную, получающую количество за- писанных байтов при синхронном дескрипторе hF, при асинхронном дескрип- торе (когда hF был открыт с флагом FILE_FLAG_OVERLAPPED) следует ис- пользовать NULL. Параметр может быть NULL, только если lpOverlap не NULL; lpOverlap – указатель на структуру OVERLAPPED, передается в том случае, ес- ли hF – асинхронный. В этом случае в структуре OVERLAPPED в полях Offset и OffsetHigh предварительно устанавливается байтовое смещение, с которого будет осуществляться запись в файл. Если операция успешна, возвращаемое значение – не ноль. 5. Перемещение указателя файла: «DWORD WINAPI SetFilePointer( HANDLE hF, LONG lDistanceMove, PLONG lpDistanceMoveHigh, DWORD dwMoveMeth );», где hF – дескриптор файла, который должен быть создан с правами GENERIC_READ или GENERIC_WRITE; lDistanceMove – младшие 32 разряда целого со знаком, указывающие количе- ство байт, на которые нужно переместить указатель файла; положительное зна- чение перемещает указатель вперед, отрицательное – назад; если lpDistanceMoveHigh – не NULL, lpDistanceMoveHigh и lDistanceMove – 64-битные целые со знаком, в противном случае – lDistanceMove является 32-битным целым со знаком; lpDistanceMoveHigh – указатель на старшие 32 разряда 64-битного расстояния для перемещения указателя; dwMoveMeth – начало для перемещения указателя: начало файла – FILE_BEGIN(0), текущая позиция – FILE_CURRENT(1), конец файла – FILE_END(2). 7 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Если операция успешна и lpDistanceMoveHigh – NULL, функция возвра- щает младшее слово новой величины указателя файла, если же lpDistanceMoveHigh – не NULL, в lpDistanceMoveHigh дополнительно записы- вается старшее слово новой величины указателя; если операция неуспешна, функция возвращает INVALID_SET_FILE_POINTER. 6. Получение атрибутов файла: «DWORD WINAPI GetFileAttributes( LPCTSTR lpFName );», где lpFName – имя файла или каталога. Если операция успешна, функция возвращает атрибуты файла/каталога в виде целого числа, иначе – INVALID_FILE_ATTRIBUTES. Чтобы узнать, уста- новлен ли конкретный атрибут, результат следует побитово умножить («&») на одно из значений атрибутов: FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE (архивный), FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN (скрытый), FILE_ATTRIBUTE_NORMAL (не имеющий иных атрибутов), FILE_ATTRIBUTE_READONLY (только для чте- ния), FILE_ATTRIBUTE_SYSTEM (используется ОС), FILE_ATTRIBUTE_- TEMPORARY (используется для временного хранения), FILE_ATTRIBUTE_- COMPRESSED (сжатый), FILE_ATTRIBUTE_DIRECTORY (каталог), FILE_ATTRIBUTE_ENCRYPTED (зашифрованный), FILE_ATTRIBUTE_- NOT_CONTENT_INDEXED (неиндексированный) и др. 7. Установка атрибутов файла: «BOOL WINAPI SetFileAttributes( LPCTSTR lpFName, DWORD dwFAttributes );», где lpFName – имя файла или каталога, для которого устанавливаются атрибу- ты; dwFAttributes – один или несколько устанавливаемых атрибутов файла из числа первых шести вышеперечисленных, а также некоторых других. Одновременная установка атрибутов выполняется с использованием побитового «или» («|»), с атрибутом FILE_ATTRIBUTE_NORMAL никакие другие атрибуты не устанав- ливаются. Если операция успешна, функция возвращает не ноль, иначе – ноль. 8 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Контрольные вопросы 1. Аргументы командной строки. 2. Функции управления файлами. 3. Создание, открытие и закрытие файла. 4. Чтение файла. 5. Запись в файл. 6. Перемещение указателя файла. 7. Получение и установка атрибутов файла. 8. Сжатые и зашифрованные файлы. Лабораторная работа № 2 Создание процессов и перенаправление ввода/вывода Цель работы Получение базовых навыков создания и управления процессами с помо- щью функций Windows API, создания наследуемых дескрипторов объектов и реализации наследования дескрипторов, перенаправления стандартного вво- да/вывода дочерних процессов на файлы. Задание кафедры Написать программу, запускающую несколько внешних программ (по- рождающую несколько процессов) в определенном порядке, а также создаю- щую наследуемые дескрипторы файлов исходного процесса и перенаправляю- щую дескрипторы ввода/вывода первых трех дочерних процессов на файлы ис- ходного процесса. При этом число процессов и порядок их создания, способ перенаправления (P: 1 – изменения в STARTUPINFO, 2 – с помощью GetStdHandle/SetStdHandle), порядок перенаправления (Q: 1 – ввод, вывод, ввод/вывод, 2 – вывод, ввод/вывод, ввод, 3 – ввод/вывод, ввод, вывод) выбира- ются из табл. 2 прил.). Пути к внешним программам задаются в качестве аргументов командной строки. 9 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Теоретические сведения 1. Создание процесса (функция создает процесс и его главный поток): «BOOL WINAPI CreateProcess( LPCTSTR lpApplicName, LPTSTR lpComLine, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcAttributes, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThrAttributes, BOOL bInhHandles, DWORD dwCreatFlags, LPVOID lpEnvir, LPCTSTR lpCurDirectory, LPSTARTUPINFO lpStartInfo, LPPROCESS_INFORMATION lpProcInformation );», где lpApplicName – указатель на строку с именем запускаемого модуля (про- граммы). Строка может содержать полный путь и имя файла или сокращенное имя (всегда следует указывать расширение). В последнем случае функция ис- пользует текущие диск и каталог для завершения определения. Данный пара- метр может быть равен NULL, в этом случае имя запускаемого модуля должно быть указано в первом слове строки, на которую указывает lpComLine (слова разделяются пробелами). Если имя файла содержит пробелы, следует заклю- чать его в кавычки. Если запускаемый модуль – 16-битное приложение, пара- метр lpApplicName должен быть равен NULL, а строка, на которую указывает lpComLine, должна содержать имя модуля и его аргументы; lpComLine – указатель на командную строку для выполнения. Максимальная длина –32768, включая символ конца строки. Если параметр lpApplicName ра- вен NULL, длина имени модуля ограничивается MAX_PATH. Для UNICODE- версии функции данный параметр не может быть указателем на память «только для чтения». Если lpComLine – NULL, функция использует в качестве команд- ной строки строку, на которую указывает lpApplicName. Если lpApplicName – NULL, первое слово строки, на которую указывает lpCom- Line, является именем загружаемого модуля: оно может быть указано без рас- ширения, если модуль – exe-файл. Если имя модуля не содержит путь, система ищет загружаемый модуль, последовательно просматривая: – каталог, в котором загружено приложение; – текущий каталог родительского процесса; 10