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

1

三、实验过程

1. 设计思路和流程图

准备实验

的信号量解决EOS使用

整体试验流程图图3-1. 2

函数开始ConsumerProducer函数开始函数开始mainProd对象Mutex创建ucer生产完Consumer费消数函毕？函数结束毕完结束信号Empty创建量对信号量对释Empty

3-2.Main图函数流程图、生产者消费、消费者流程图

3

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。

结束

函数流程图2). PsReleaseSemaphore

开始

1.原子操作前关中断 4

V操作2.开始原子操作操作的信号量之和V3.if P 和大于缓冲队列长度

成立返回“信号数目量超34.如果出范围”函数结束，否则记录当前信号量的值

可此时生(3). P143生产者在生产了14号产品，13号产品后本来要继续生产号产品呢？生产者14产者为什么必须等待消费者消费了4号产品后，才能生产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，个。此时装入产品与产品的313此时分别装了4到号产品，而消费者只消费了再消费者消费了下一个产品之前生产者不能继存储空间成为直接相互制约关系，号产品后才能生产续装入。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。14节中设置断点和调试的方法，自己设计一个类似的调根据本实验3.3.2(4).

号产品时会被阻塞，直到生产者线程生产了试方案来验证消费者线程在消费24 号产品后，消费者线程才被唤醒并继续执行的过程。24

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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

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STATUS_TIMEOUT。

--*/

{

BOOL IntState;

STATUS a;

中断环境下不能调用此函数。ASSERT(KeGetIntNesting() == 0); //

开始原子操作，禁止中断。IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); //

//

PspWait

所以不支持超时唤醒功能，目前仅实现了标准记录型信号量，//

函数// 的第二个参数的值只能是INFINITE。//

if (Semaphore->Count>0) {

Semaphore->Count--;