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

)

/*++