进程的同步实验报告Word格式.doc

1、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建信号量等待释放信号量等待信号量（不阻塞）释放信号量（不唤醒）等待信号量（阻塞）释放信号量（唤醒）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建信号量释放信号量（唤醒）等待信号量（阻塞）释放信号量（不唤醒）等待信号量（不阻塞）等待释放信号量修改EOS的信号量算法结束实验 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

2、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Producer函数开始生产完毕？等待Empty信号量对象等待Mutex对象生产一个产品，占用一个缓冲区循环向后移动缓冲区指针释放Mutex对象释放Full信号量对象等待500毫秒Producer函数结束Consumer函数开始消费完毕毕？等待Full信号量对象消费一个产品，清空一个缓冲区释放Empty信号量对象前10个产品？等待2000毫秒等待100毫秒Consumer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

3、内的PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore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，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PsReleaseSemaphore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？这是因为临界资源

4、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。（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。可以按照下面的步骤进行调试 （1） 删除所有的断点。（2） 按F5启动调试。OS Lab会首先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函数中等待Full信号量的代码行（第

5、173行） WaitForSingleObject（FullSemaphoreHandle, INFINITE）; 添加一个断点。（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“i = 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-Count0）Semapho

6、re-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else flag=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Count + ReleaseCount Semaphore-MaximumCount） Status = STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EX

7、CEEDED; else / 记录当前的信号量的值。if （NULL != PreviousCount） *PreviousCount = Semaphore-Count;int mm=Semaphore-/ 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（&WaitListHead）&（ReleaseCount）PspWakeThread（&WaitListHead, STATUS_SUCCESS）;PspThreadSchedule（）;ReleaseCount-;Count=mm+ReleaseCount;/

8、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.hVOIDPsInitializeSemaphore（IN PSEMAPHORE Semaphore,IN LONG InitialCount,IN LONG MaximumCount）/*+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（I

9、nitialCount = 0 & InitialCount 0）;Count = InitialCount;Semaphore-MaximumCount = MaximumCount;ListInitializeHead（&WaitListHead）;STATUSPsWaitForSemaphore（IN ULONG Milliseconds）信号量的 Wait 操作（P 操作）。Semaphore - Wait 操作的信号量对象。Milliseconds - 等待超时上限，单位毫秒。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_T

10、IMEOUT。BOOL IntState;STATUS 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-PsReleaseSemaphore（IN LONG ReleaseCount,OUT PLONG PreviousCount）信号量的 Signal 操作（V 操作）。Release

11、Count - 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。如果成功释放信号量，返回 STATUS_SUCCESS。STATUS Status;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。POBJECT_TYPE PspSemaphoreType = NULL;/ 用于初始化 semaphore 结构体的参数结构体。typedef struct _SEM_CREATE_PARAMLONG InitialCount;LONG Ma

12、ximumCount;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。PspOnCreateSemaphoreObject（IN PVOID SemaphoreObject,IN ULONG_PTR CreateParam）PsInitializeSemaphore（ （PSEMAPHORE）SemaphoreObject, （PSEM_CREATE_PARAM）CreateParam）-InitialCount,MaximumCount ）;/ semaphore 对象类型的初始化函

13、数。PspCreateSemaphoreObjectType（VOID）OBJECT_TYPE_INITIALIZER Initializer;Initializer.Create = PspOnCreateSemaphoreObject;Initializer.Delete = NULL;Initializer.Wait = （OB_WAIT_METHOD）PsWaitForSemaphore;Initializer.Read = NULL;Initializer.Write = NULL;Status = ObCreateObjectType（SEMAPHORE, &Initializer

14、, &PspSemaphoreType）;if （!EOS_SUCCESS（Status） KeBugCheck（Failed to create semaphore object type!）;/ semaphore 对象的构造函数。PsCreateSemaphoreObject（IN LONG MaximumCount,IN PSTR Name,OUT PHANDLE SemaphoreHandlePVOID SemaphoreObject;SEM_CREATE_PARAM CreateParam;if（InitialCount 0 | MaximumCount MaximumCount）

15、return STATUS_INVALID_PARAMETER;/ 创建信号量对象。CreateParam.InitialCount = InitialCount;CreateParam.MaximumCount = MaximumCount;Status = ObCreateObject（ PspSemaphoreType, Name, sizeof（SEMAPHORE）, （ULONG_PTR）&CreateParam, &SemaphoreObject）;return Status;Status = ObCreateHandle（SemaphoreObject, SemaphoreHan

16、dle）;ObDerefObject（SemaphoreObject）;return Status;/ semaphore 对象的 signal 操作函数。PsReleaseSemaphoreObject（IN HANDLE Handle,IN PLONG PreviousCount）PSEMAPHORE Semaphore;if （ReleaseCount 1） / 由 semaphore 句柄得到 semaphore 对象的指针。Status = ObRefObjectByHandle（Handle, PspSemaphoreType, （PVOID*）&Semaphore）;if （EOS_SUCCESS（Status） Status = PsReleaseSemaphore（Semaphore, ReleaseCount, PreviousCount）;ObDerefObject（Semaphore）;6. 程序运行时的初值和运行结果四、实验体会经过本次实验，初步了解操作系统的进程同步的过程。我对生产者-消费者问题的解决办法有了更全面的认识，同时对调试代码更加熟练。本次实验最大的体会就是，做东西要细心，在写代码的过程中，稍不留意就给后期调试工作带来很多问题。13