进程的同步实验报告汇总

1、操作系统课程名称操作系统实验实验项目名称进程的同步学号班级20100612姓名专业计算机科学与技术学生所在学院计算机科学与技术学院指导教师实验室名称地点计算机基础第七实验室 21B475哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院、实验概述1. 实验名称 进程的同步2. 实验目的使用EOS勺信号量，编程解决生产者 消费者问题，理解进程同步的意义。 调试跟踪EOSS号量的工作过程，理解进程同步的原理。修改EOS勺信号量算法，使之支持等待超时唤醒功能（有限等待），加深 理解进程同步的原理。3. 实验类型验证+设计4. 实验内容准备实验使用EOS的信号量解决生产者-消费者问题调试 EOS 信号量的工作过程 创

2、建信号量不阻塞） 不唤醒） 阻塞） 唤醒） 等待释放信号量 等待信号量 释放信号量 等待信号量 释放信号量修改EOS的信号量算法二、实验环境WindowsXP + EOS集成实验环境三、实验过程1. 设计思路和流程图图4-1.整体试验流程图main函数开始创建Mutex对象创建Empty信号量对象创建Full信号量对象创建生产者线程创建消费者线程等待生产者线程和消费者线程结束关闭句柄main函数结束图4-2.Main函数流程图、生产者消费、消费者流程图2. 算法实现3. 需要解决的问题及解答(1) . 思考在 Ps/semaphore.c 文件内的 PsWaitForSemaphore和 Ps

3、ReleaseSema phore函数中，为什么要使用原子操作？3答：在执行等待信号量和释放信号量的时候，是不允许cpu响应外部中断的，如果此时cpu响应了外部中断，会产生不可预料的结果，无法正常完成原子操作。(2) . 绘制 Ps/semaphore.c 文件内 PsWaitForSemaphore和 PsReleaseSema phore函数的流程图。(3) . P143生产者在生产了 13号产品后本来要继续生产14号产品，可此时生产者为什么必须等待消费者消费了 4号产品后，才能生产 14号产品呢？生产者和 消费者是怎样使用同步对象来实现该同步过程的呢？ 答：这是因为临界资源的限制。临界资

4、源就像产品仓库，只有“产品仓库”空闲 生产者才能生产东西，有权向里面放东西。所以它必须等到消费者，取走产品， “产品空间”(临界资源)空闲时，才继续生产14号产品。可以按照下面的步骤进行调试 删除所有的断点。按F5启动调试。OS Lab会首先弹出一个调试异常对话框。 在调试异常对话框中选择 “是”，调试会中断。在Consume函数中等待Full信号量的代码行(第173行)添加一个断点。(4) . 根据本实验 3.3.2 节中设置断点和调试的方法， 自己设计一个类似的调 试方案来验证消费者线程在消费 24号产品时会被阻塞， 直到生产者线程生产了 24 号产品后，消费者线程才被唤醒并继续执行的过程

5、。答：(1)(2)(3)(4)WaitForSingleObject(FullSemaphoreHandle, INFINITE);(5) 在“断点”窗口(按 Alt+F9 打开)中此断点的名称上点击右键。(6) 在弹出的快捷菜单中选择 “条件”。(7) 在断点条件”对话框(按F1获得帮助)的表达式编辑框中，输入表达式“= 24”。(8) 点击“断点条件”对话框中的 “确定”按钮。(9) 按F5继续调试。只有当消费者线程尝试消费24号产品时才会在该条件断点处 中断。4. 主要数据结构、实现代码及其说明修改 PsWaitForSemaphore函数if (Semaphore->Count&

6、gt;0)Semaphore->Count-;flag=STATUS_SUCCESS;/ 如果信号量大于零，说明尚有资源，可以为线程分配elseflag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds); KeEnableInterrupts(IntState); /原子操作完成，恢复中断。return flag;/ 否则，说明资源数量不够，不能再为线程分配资源，因此要使线程等待 修改 PsReleaseSemaphore 函数if (Semaphore->Count + ReleaseCount > Semapho

7、re->MaximumCount) 4Status = STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED; else / 记录当前的信号量的值。if (NULL != PreviousCount) *PreviousCount = Semaphore->Count;int mm=Semaphore->Count;/ 目前仅实现了标准记录型信号量，每执行一次信号量的释放操作/ 只能使信号量的值增加 1 。while (!ListIsEmpty(&Semaphore->WaitListHead)&&(ReleaseCount)PspWa

8、keThread(&Semaphore->WaitListHead, STATUS_SUCCESS);PspThreadSchedule();ReleaseCount-;Semaphore->Count=mm+ReleaseCount;/ 可能有线程被唤醒，执行线程调度。Status = STATUS_SUCCESS;5. 源程序并附上注释#include "psp.h"VOIDPsInitializeSemaphore(IN PSEMAPHORE Semaphore,IN LONG InitialCount,IN LONG MaximumCount)

9、/*+功能描述：初始化信号量结构体。参数：Semaphore - 要初始化的信号量结构体指针。InitialCount -信号量的初始值，不能小于 0 且不能大于 MaximumCount。MaximumCount - 信号量的最大值，必须大于 0 。返回值：无。-*/ASSERT(InitialCount >= 0 && InitialCount <= MaximumCount && MaximumCount > 0);Semaphore->MaximumCount = MaximumCount;ListInitializeHead(&

10、amp;Semaphore->WaitListHead);Semaphore->Count = InitialCount;5STATUSPsWaitForSemaphore(IN PSEMAPHORE Semaphore,IN ULONG Milliseconds)/*+功能描述：信号量的 Wait 操作（ P 操作）。参数：Semaphore - Wait 操作的信号量对象。Milliseconds - 等待超时上限，单位毫秒。返回值：STATUS SUCCESS当你修改信号量使之支持超时唤醒功能后，如果等待超时，应该返回STATUS TIMEOUTBOOL IntState;S

11、TATUS flag;ASSERT(KeGetIntNesting() = 0); /中断环境下不能调用此函数。IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); /开始原子操作，禁止中断。/ 目前仅实现了标准记录型信号量，不支持超时唤醒功能，所以PspWait 函数/ 的第二个参数的值只能是 INFINITE 。if (Semaphore->Count>0)Semaphore->Count-;flag=STATUS_SUCCESS;elseflag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Millisecon

12、ds);POBJECT_TYPE PspSemaphoreType = NULL;8KeEnableInterrupts(IntState); / 原子操作完成，恢复中断。return flag;STATUSPsReleaseSemaphore(IN PSEMAPHORE Semaphore,IN LONG ReleaseCount,OUT PLONG PreviousCount/*+功能描述：信号量的 Signal 操作（ V 操作）。参数：Semaphore - Wait 操作的信号量对象。ReleaseCount - 信号量计数增加的数量。当前只能为 1 。当你修改信号量使之支持超时唤醒

13、功能后，此参数的值能够大于等于 1 。PreviousCount - 返回信号量计数在增加之前的值。返回值：如果成功释放信号量，返回 STATUS_SUCCESS -*/STATUS Status;开始原子操作，禁止中断。BOOL IntState;IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); /if (Semaphore->Count + ReleaseCount > Semaphore->MaximumCount) Status = STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED; else / 记录当前的信号量的值。if (

14、NULL != PreviousCount) *PreviousCount = Semaphore->Count;int mm=Semaphore->Count;/ 目前仅实现了标准记录型信号量，每执行一次信号量的释放操作/ 只能使信号量的值增加 1 。while (!ListIsEmpty(&Semaphore->WaitListHead)&&(ReleaseCount)PspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead, STATUS_SUCCESS);PspThreadSchedule();ReleaseC

15、ount-;Semaphore->Count=mm+ReleaseCount;/ 可能有线程被唤醒，执行线程调度。Status = STATUS_SUCCESS;KeEnableInterrupts(IntState); /原子操作完成，恢复中断。return Status;/ / 下面是和信号量对象类型相关的代码。/ 信号量对象类型指针。/ 用于初始化 semaphore 结构体的参数结构体。typedef struct _SEM_CREATE_PARAMLONG InitialCount;LONG MaximumCount;SEM_CREATE_PARAM, *PSEM_CREATE

16、_PARAM;/ semaphore 对象的构造函数，在创建新 semaphore 对象时被调用。VOIDPspOnCreateSemaphoreObject(IN PVOID SemaphoreObject,IN ULONG_PTR CreateParam)PsInitializeSemaphore( (PSEMAPHORE)SemaphoreObject,(PSEM_CREATE_PARAM)CreateParam)->InitialCount, (PSEM_CREATE_PARAM)CreateParam)->MaximumCount );/ semaphore 对象类型的初

17、始化函数。VOIDPspCreateSemaphoreObjectType(VOID)STATUS Status;OBJECT_TYPE_INITIALIZER Initializer;Initializer.Create = PspOnCreateSemaphoreObject;Initializer.Delete = NULL;Initializer.Wait = (OB_WAIT_METHOD)PsWaitForSemaphore;Initializer.Read = NULL;Initializer.Write = NULL;Status = ObCreateObjectType(&q

18、uot;SEMAPHORE", &Initializer, &PspSemaphoreType);if (!EOS_SUCCESS(Status) KeBugCheck("Failed to create semaphore object type!");/ semaphore 对象的构造函数。STATUSPsCreateSemaphoreObject(IN LONG InitialCount,IN LONG MaximumCount,IN PSTR Name,OUT PHANDLE SemaphoreHandleSTATUS Status;SEM

19、_CREATE_PARAM CreateParam;if(InitialCount < 0 | MaximumCount <= 0 | InitialCount > MaximumCount)PVOID SemaphoreObject;9return STATUS_INVALID_PARAMETER;/ 创建信号量对象。CreateParam.InitialCount = InitialCount;CreateParam.MaximumCount = MaximumCount;Status = ObCreateObject( PspSemaphoreType,Name, si

20、zeof(SEMAPHORE), (ULONG_PTR)&CreateParam, &SemaphoreObject);if (!EOS_SUCCESS(Status) return Status;Status = ObCreateHandle(SemaphoreObject, SemaphoreHandle);if (!EOS_SUCCESS(Status) ObDerefObject(SemaphoreObject);return Status;/ semaphore 对象的 signal 操作函数。STATUSPsReleaseSemaphoreObject(IN HAN

21、DLE Handle,IN LONG ReleaseCount,IN PLONG PreviousCount)STATUS Status;PSEMAPHORE Semaphore;if (ReleaseCount < 1) return STATUS_INVALID_PARAMETER;/ 由 semaphore 句柄得到 semaphore 对象的指针。Status = ObRefObjectByHandle(Handle, PspSemaphoreType, (PVOID*)&Semaphore);if (EOS_SUCCESS(Status) Status = PsRele

22、aseSemaphore(Semaphore, ReleaseCount, PreviousCount);ObDerefObject(Semaphore);return Status;6. 程序运行时的初值和运行结果r1暑Q嚼LabPC -iczosoft VirtualPC 2004a二凰人二厂 i on Zdi tCD-opp7 aeI；1COMSOLE-l(Press Ctrl+F1*F0 to suitch console uindou_ .)Consumea1?Consunea18Consumea13Con 右 linea20Produce aZZConsumeA21Consunea

23、Z2Produce a23ConsuneaZ3Produce a24ConsuneaZ4Produce a25Consumea25Produce a26ConsumeaZ&Produce a27Consumea27Produce a2BConsumea28Fraduce a29Consumea29fl：E03fipp-exe>Viexit uith 0x00000000.丘n lU1_ 1_1IJzLEA3SEKT(InilialCcjunl >= 0 M InilialCounl <= HaxiuuiiCounl M HaxiuuiiCoui40(- 4Li麝迪50

24、!&Li磁H finprr. ificSemafpbore-Xounl = InilialCounl;SemapbQre->IIaii rvurCounl = laii rvurCounl;List Ini tiali zeHead CftSenaphore->Wai 1 Li s1 Head);STATUSP曲aiiforSemaphore(IN PSEJIAPHORE Seirwhore.A+IN ULOWG Hillisecmds3称Fklnit: ili工<S<n岬ho" (Sm岬hotrWOxSWfbbfDIn:t:iiroQiit-Dr*

25、flu. PipDn&titcEtripKortDbjcc-L $亡iphortDHjtct二 DiBOSfbifl, CrtittFira. ObCr e*T«Obj cct ijlbj ecTrrpc=0M9M£cCfl6 ObjcctJ1in«=QiD ObjecLBodyS. faCre-fcltStnifphDreObjccl Clna La-ilC?unL=DE< rt«inmCoan.t=0iK *10*= Crc-ittScn-i(rh?rc dna ta-ilD?un.t=QK<. 4-ULnwC?unt=QK<

26、; K-int=OKO)地 hE昭WQ> 也址 bm40t4<216Acti oni Ed: t CD Floppy HelpProduceConsumeProduce Produce Produce Producea a a a1 £34ConsumeProduce Produce Produce Producea a a aConsumeProduce Produce Produce ProduceA a a a9101112ConsumeProduce13車崇壳CD：）、；耒命名-画團慟laM截團.doc£ os Lab TC - M_ . _ e3 區OS Lab PC - Microsoft Virtual PC 2004I*CONSOLE-1 (Press Ctrl*Fl*F8 to suitch console uindou.) Ucleone to EOS shel1 >Autorun A:EOSApp.exeProduceConsuBfieProduce Produce Produce FroducEConsume