2023年进程的同步实验报告

标作奈统

实验报

告

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20230612

计算机科学

姓名专业

与技术

计算机科学与技

学生所在学院指导教师

术学院

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

*一、实验概述

1.实验名称

进程的同步

2.实验目的

⑴使用EOS的信号量,编程解决生产者so消费者问题,理解进程同步的意

义。

⑵调试跟踪EOS信号量的工作过程，理解进程同步的原理。

⑶修改EOS的信号量算法，使之支持等待超时唤醒功能泡有限等待①⑪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

⑴准备实验

⑵使用EOS的信号量解决生产者-消费者问题

⑶调试EOS信号量的工作过程

①创建信号量

②等待释放信号量

③等待信号量（不阻塞）

④释放信号量（不唤醒）

⑤等待信号量（阻塞）

⑥释放信号量（唤醒）

⑷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.设计思绪和流程图

图4-1.整体实验流程图

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文献内的PsWaitForSemaphore和P

sReleaseSemaphore函数中，为什么要使用原子操作？

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,

假如此时cpu响应了外部中断，会产生不可预料的结果，无法正常完毕原子操

作。

(2).绘制ps/semaphore.c^®<rtPsWaitForSemaphore^[lPsRe1

easeSemaphore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,才干生产14号产品呢？生产者

和消费者是如何使用同步对象来实现该同步过程的呢？

答：这是由于临界资源的限制。临界资源就像产品仓库，只有“产品仓库”空闲

生产者才干生产东西，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。

(4).根据本实验3.3.2节中设立断点和调试的方法，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。

答：可以按照下面的环节进行调试

(1)删除所有的断点。

(2)按F5启动调试。OSLab会一方面弹出一个调试异常对话框。

(3)在调试异常对话框中选择“是”，调试会中断。

(4)在Consumer函数中档待Fu11信号量的代码行(第173行)WaitFor

Sing1eObject(FulISemaphoreHand1e,INFINITE);添加

一个断点。

(5)在“断点”窗口(按A1t+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“i==

24”。

(8)点击“断点条件”对话框中的“拟定”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.重要数据结构、实现代码及其说明

修改PsWaitForSemaphore函数

if(Semaphore->Count>0)(

«Semaphore->Count—；

。f1ag=STATUS_SUCCESS;

}//假如信号量大于零，说明尚有资源，可认为线程分派

<»else

flag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead,Milliseconds);

KeEnablelnterrupts(IntState)：//原子操作完毕，恢复中断。

returnf1ag;

)〃否则，说明资源数量不够，不能再为线程分派资源，因此要使线程等待

修改PsReleaseSemaphore函数

if(Semaphore->Count+ReleaseCount>Semaphore->MaximumCount){

Status=STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED;

}else{

//记录当前的信号量的值。

if(NULL!=PreviousCount)(

o*PreviousCount=Semaphore->Counl；

»intmm=Semaphore->Count;

。//目前仅实现了标准记录型信号量，每执行•次信号量的释放操作

»//只能使信号量的值增长1。

awhile((!ListlsEmpty(&Semaphore->WaitListHead))&&(ReleaseCount)){

gPspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead,STATUSSUCCESS)；

«PspThreadSchedu1e()；

o^ReleaseCount—；

，}

Semaphore->Counl=mm+ReleaseCount；

o//也许有线程被唤醒，执行线程调度。

oStatus=STATUS,sueCESS;

)

5.源程序并附上注释

#include"psp.h"

VOID

PslnitializeSemaphore(

INPSEMAPH0RESemaphore,

INLONGInitialCount,

INLONGMaximumCount)

/*++

功能描述：

。初始化信号量结构体.

参数:

Semaphore一要初始化的信号量结构体指针。

。1nitialCount一信号量的初始值，不能小于0且不能大于MaximumCounto

<>MaximumCount一信号量的最大值，必须大于0。

返回值：无。

——*/

{

ASSERT(InitialCount>=0&&InitialCount<=MaximumCount&&MaximumCount>0);

Semaphore->Count=InitialCount；

Semaphore->MaximumCount=MaximumCount；

ListlnitializeHead(&Semaphore->WaitListHead);

)

STATUS

PsWaitForSemaphore(

4NPSEMAPHORESemaphore,

INULONGMilliseconds)

/*++

功能描述：

信号量的Wait操作(P操作)。

参数：

oSemaphore-Wait操作的信号量对象。

oMilliseconds一等待超时上限，单位亳秒。

返回值：

•STATUSSUCCESS.,

。当你修改信号量使之支持超时唤醒功能后，假如等待超时，应当返回sTATUS_TIMEOUTo

»BOOLIntState;

.STATUSflag;

ASSERT(KeGetlntNesting()=0);//中断环境下不能调用此函数。

IntState=KeEnableInterrupts(FALSE);//开始原子操作，严禁中断。

“/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INFIN1TEO

if(Semaphore~>Count>0){

Semaphore->Count-；

•flag=STATUS_SUCCESS；

)

else

flag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead,Mi11iseconds);

KeEnablelnterrupts(IntState)；//原子操作完毕，恢复中断。

returnflag：

)

STATUS

PsRe1easeSemaphore(

4NPSEMAPHORESemaphore,

INLONGReleaseCount,

OUTPLONGPreviousCount

)

/*++

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—信号量计数增长的数量。当前只能为1。当你修改信号量使之支持

«。超时唤醒功能后，此参数的值可以大于等于1。

»PreviousCount—返回信号量计数在增长之前的值。

返回值：

。假如成功释放信号量，返回STATUS_SUCCESS0

—*/

(

6TATUSStatus;

»BOOLIntState;

1ntState=KeEnablelnterrupts(FALSE);//开始原子操作，严禁中断。

if(Semaphore->Count+Re1easeCount>Semaphore->MaximumCount)(

Status=STATUS_SEMAPH0RE_LIMI「EXCEEDED;

}else(

，//记录当前的信号量的值。

aif(NULL!=PreviousCount){

oo*PreviousCount=Seniaphore->Count;

}

intmm=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长lo

◎while((!ListIsEmpty(&Semaphore—>WaitListIIead))&&(ReleaseCount)){

aPspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead,STATUSSUCCESS);

»«PspThreadSchedule()：

gRe1easeCount—；

•}

Semaphore->Count=mm+ReleaseCount;

“/也许有线程被唤醒，执行线程调度。

。Status=STATUS_SUCCESS;

)

KeEnableInterrupts(IntState);//原子操作完毕，恢复中断。

returnStatus;

)

////////////////////////IIIII/////////////////////////////////////////////

//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。

POBJECT_TYPEPspSemaphoreType=NULL;

//用于初始化semaphore结构体的参数结构体。

typedefstruct_SEM_CREATE_PARAM(

»LONGInitia1Count；

LONGMaximumCount;

}SEM_CREATE_PARAM,*PSEM_CREATE_PARAM;

//semaphore对象的构造函数，在创建新semaphore对象时被调用。

VOID

Psp0nCreateSemaphoreObject(

»INPVOIDSemaphoreObject,

INULONG_PTRGreateParam)

(

Pslnitia1izeSemaphore((PSEMAPHORE)SemaphoreObject,

»。8((PSEMCREATE_P/XR/VM)CreateParam)->InitiaICount,

q((PSEMCREATE_PARAM)CreateParam)—>MaximumCount);

}

//semaphore对象类型的初始化函数。

VOID

PspCreateSemaphoreObjectType(

VOID)

{

STATUSStatus；

OBJECT_TYPE.INITIAL1ZERInitializer;

Initializer.Create=PspOnCreateSemaphoreObject;

。Initia1izer.Delete=NULL;

«•Initializer.Wait=(OB_WAITMETHOD)PsWaitForSemaphore;

»Initializer.Read=NULL;

»Initia1izer.Write=NULL；

oStaLus=0bCreateObjectType(*SEMAPHORE",&Initializer,&PspSemaphoreType)；

Kf(!EOS_SUCCESS(Status)){

KeBugCheck(*Failedtocreatesemaphoreobjecttype!");

//semaphore对象的构造函数。

STATUS

PsCreateSemaphore0bject(

“NLONGInitialCount,

4NLONGMaximumCount,

INPSTRName,

OUTPHANDLESemaphoreHandle

°)

(

STATUSStatus;

PVOIDSemaphoreObject；

SEM_CREATE_PARAMCreateParam；

»if(InitialCount<0IIMaximumCount<=0IIInitia1Count>MaximumCount){

etumSTATUS」NVAL【D_PARAMETER;

)

。//创建信号量对象。

•CreateParam.Initia1Count=InitialCount;

»CreateParam.MaximumCount=MaximumCount;

Status=ObCreateObject(PspSemaphoreType,

aName,

。•sizeof(SEMAPHORE),

(ULONGPTR)&CreateParam,

&Semaphore0bject)；

•if(!EOS_SUCCESS(Status)){

oreturnStatus;

»)

Status=0bCreateHand1e(SemaphoreObject,SemaphoreHandle);

“f(!BOS_SUCCESS(Status)){

4)bDerefObject(Semaphore0bject);

)

<»returnStatus;

)

//semaphore对象的signa1操作函数。

STATUS

PsReleaseSemaphoreObject(

INHANDLEHandle,

INLONGReleaseCount,

»INPLONGPreviousCount)

(

»STATUSStatus;

PSEMAPHORESemaphore;

if(ReleaseCount<1){

-returnSTATUS_iNVAUDPARAMETER;

)

//由semaphore句柄得到semaphore对象的指针。

Stalus=0bRefObjectByHandie(Handie,PspSemaphoreType,(PVOID*)&Semaphore)：

if(EOS_SUCCESS(Status)){

aStatus=PsRe1easeSemaphore(Semaphore,ReleaseCount,PreviousCount);

«0bDerefObject(Semaphore)；

oreturnStatus;

)

6.程序运营时的初值和运营结果

《OSLabPC-licrosoftVirtualPC20041-||X

ActionEditCDFloppyHelp

CONSOLE-1(PressCtrl+F1~F8toswitchconsolewindow...)

Consumea17

Consumea18

Consumea19

Consumea20

ProduceaZ2

Consumea21

ConsumeaZZ

ProduceaZ3

Consumea23

Producea24

Consumea24

Producea25

Consumea25

Producea26

Consumea26

Producea27

ConsumeaZ7

Producea28

ConsumeaZ8

Producea29

Consumea29

A：\EOSApp.exeexitwith0x00000000.

>_____________

p*ju_jA

Mfloppy,lag

35无。

36

37

38

039ASSERT(InitialCount>=0&&InitialCount<=MaximurrCount&&MaximuirCouj

40

d41ISemaphore->Count=InitialCount;

42Semaphore->Maxi]nuii£ount=MaximuirCount;

43ListlnitializeHead(&Seroaphore->WaitListHead);

44)

45

46?STATUS

47:PsWaitForSemaphore(

4/INPSEIAPHORESemaphore,

49INULONGMilliseconds

50)

51/*++

52

监视▼QX调用堆我▼Q>

名称值名称

I力PslnitializeSemaphore(Sentaphore=0x803fbafD,InitialCount=0xa,Max...

PspOnCr««t«S«m*phor«Objtct(S«m«phor«0bj«ct=0x803fb«fU,Cr«*t«P*r«.

ObCreateObject(0bjectType=0x803fc088,ObjectName=OxO,ObjectBodyS...

PsCreateSenaphoreObjectCuitialCount=0xa.MaximunCount=0xa,Name=...

Cr**t«S«m«phor«(Initi*lCount=0x«,M«ximu»Count=0x«,Nkm*=0x0)地