进程的同步实验报告

操作系统实验报告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 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（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. 设计思路和流程图图4-1.整体试验流程图图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？答：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。

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。

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 > Semaphore->MaximumCount) {Status = 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)){PspWakeThread(&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)/*++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 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, Milliseconds);KeEnableInterrupts(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;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;}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();ReleaseCount--;}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。

POBJECT_TYPE PspSemaphoreType = NULL;// 用于初始化 semaphore 结构体的参数结构体。

typedef struct _SEM_CREATE_PARAM{LONG InitialCount;LONG MaximumCount;}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。