操作系统实验四 进程的同步.

操作系统实验报告哈尔滨工程大学软件学院第六讲进程的同步一、实验概述1. 实验名称实验系统的启动2. 实验目的1).使用EOS 的信号量编程解决生产者—消费者问题，理解进程同步的意义。

2).调试跟踪EOS 的信号量的工作过程，理解进程同步的原理。

3).修改EOS 的信号量算法，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）验证4. 实验内容1).准备实验2).使用EOS的信号量解决生产者－消费者问题3).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）4).修改EOS的信号量算法在目前EOS Kernel项目的ps/semaphore.c文件中，PsWaitForSemaphore 函数的Milliseconds参数只能是INFINITE，PsReleaseSemaphore 函数的ReleaseCount 参数只能是1。

现在要求同时修改PsWaitForSemaphore函数和PsReleaseSemaphore函数中的代码，使这两个参数能够真正起到作用，使信号量对象支持等待超时唤醒功能和批量释放功能。

二、实验环境操作系统：windows xp编译环境：OS Lab三、实验过程1. 设计思路和流程图图3-1.整体试验流程图图3-2.Main 函数流程图、生产者消费、消费者流程图2. 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。

1).PsWaitForSemaphore函数流程图。

2). PsReleaseSemaphore函数流程图(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。

缓冲区只有十个空间，现在消费比生产慢，此时分别装了4到13号产品，而消费者只消费了3个。

此时装入产品与产品的存储空间成为直接相互制约关系，再消费者消费了下一个产品之前生产者不能继续装入。

因此，可解释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。

(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。

答：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。

3. 主要数据结构、实现代码及其说明1).对PsWaitForSemaphore函数的修改：PsWaitForSemaphore(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_TIMEOUT。

--*/{BOOL IntState;STATUS a;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--;a=STATUS_SUCCESS;}else if(Semaphore->Count==0)a=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds);KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成，恢复中断。

return a;}对PsReleaseSemaphore函数的修改：PsReleaseSemaphore(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;BOOL IntState;// int bobo;IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); // 开始原子操作，禁止中断。

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) {*PreviousCount = 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。

//if(ReleaseCount<0)return 0;for(;ReleaseCount>0&&!(ListIsEmpty(&Semaphore->WaitListHead));ReleaseCount-=1){PspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead,STATUS_SUCCESS);}Semaphore->Count+=ReleaseCount;Status = STATUS_SUCCESS;}KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成，恢复中断。

return Status;}4. 源程序并附上注释#include "psp.h"VOIDPsInitializeSemaphore(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(InitialCount >= 0 && InitialCount <= MaximumCount && MaximumCount > 0);Semaphore->Count = InitialCount;Semaphore->MaximumCount = MaximumCount;ListInitializeHead(&Semaphore->WaitListHead);}STATUSPsWaitForSemaphore(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_TIMEOUT。

--*/{BOOL IntState;STATUS a;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--;a=STATUS_SUCCESS;}else if(Semaphore->Count==0)a=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds);KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成，恢复中断。

return a;}STATUSPsReleaseSemaphore(IN PSEMAPHORE Semaphore,IN LONG ReleaseCount,OUT PLONG PreviousCount)/*++功能描述：信号量的Signal 操作（V 操作）。