进程的同步实验报告Word格式.doc
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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。
OSLab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->
Count>
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
else
flag=PspWait（&
Semaphore->
WaitListHead,Milliseconds）;
KeEnableInterrupts（IntState）;
//原子操作完成，恢复中断。
returnflag;
}//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_EXCEEDED;
}else{
//记录当前的信号量的值。
if（NULL!
=PreviousCount）{
*PreviousCount=Semaphore->
Count;
}
intmm=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;
//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"
VOID
PsInitializeSemaphore（
INPSEMAPHORESemaphore,
INLONGInitialCount,
INLONGMaximumCount）
/*++
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）;
Count=InitialCount;
Semaphore->
MaximumCount=MaximumCount;
ListInitializeHead（&
WaitListHead）;
}
STATUS
PsWaitForSemaphore（
INULONGMilliseconds）
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_TIMEOUT。
BOOLIntState;
STATUSflag;
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（
INLONGReleaseCount,
OUTPLONGPreviousCount
）
信号量的Signal操作（V操作）。
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。
STATUSStatus;
returnStatus;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//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{
LONGInitialCount;
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。
PspOnCreateSemaphoreObject（
INPVOIDSemaphoreObject,
INULONG_PTRCreateParam）
PsInitializeSemaphore（（PSEMAPHORE）SemaphoreObject,
（（PSEM_CREATE_PARAM）CreateParam）->
InitialCount,
MaximumCount）;
//semaphore对象类型的初始化函数。
PspCreateSemaphoreObjectType（
VOID）
OBJECT_TYPE_INITIALIZERInitializer;
Initializer.Create=PspOnCreateSemaphoreObject;
Initializer.Delete=NULL;
Initializer.Wait=（OB_WAIT_METHOD）PsWaitForSemaphore;
Initializer.Read=NULL;
Initializer.Write=NULL;
Status=ObCreateObjectType（"
SEMAPHORE"
&
Initializer,&
PspSemaphoreType）;
if（!
EOS_SUCCESS（Status））{
KeBugCheck（"
Failedtocreatesemaphoreobjecttype!
"
）;
//semaphore对象的构造函数。
PsCreateSemaphoreObject（
INLONGMaximumCount,
INPSTRName,
OUTPHANDLESemaphoreHandle
PVOIDSemaphoreObject;
SEM_CREATE_PARAMCreateParam;
if（InitialCount<
0||MaximumCount<
=0||InitialCount>
MaximumCount）{
returnSTATUS_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）;
returnStatus;
Status=ObCreateHandle（SemaphoreObject,SemaphoreHandle）;
ObDerefObject（SemaphoreObject）;
returnStatus;
//semaphore对象的signal操作函数。
PsReleaseSemaphoreObject（
INHANDLEHandle,
INPLONGPreviousCount）
PSEMAPHORESemaphore;
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。
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