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

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

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"

VOID

PsInitializeSemaphore(

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);

}