实验五.docx
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实验五
操作系统
实验报告
课程名称
操作系统实验
课程编号
0920311
实验项目名称
进程的同步
学号
年级
姓名
专业
软件工程
学生所在学院
软件学院
指导教师
实验室名称地点
计算机软件第二实验室21#427
哈尔滨工程大学
软件学院
第四讲进程的同步
一、实验概述
1.实验名称
进程的同步
2.实验目的
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。
调试跟踪EOS信号量的工作过程，理解进程同步的原理。
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＋设计
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
3.1创建信号量
3.2等待、释放信号量
3.2.1等待信号量（不阻塞）
3.2.2释放信号量（不唤醒）
3.2.3等待信号量（阻塞）
3.2.4释放信号量（唤醒）
4修改EOS的信号量算法
4.1要求
4.2提示
4.3测试方法
二、实验环境
环境：
WindowsXP + EOS集成实验环境
语言：
c语言
三、实验过程
1.设计思路和流程图
图1.1Main函数流程图
图1.2Producer函数流程图
图1.3Consumer函数流程图
2.算法实现
无
3.需要解决的问题及解答
（1）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，只有仓库空闲，生产者才能生产，有权向里面放东西。
所以必须等到消费者取走产品后，临界资源空闲时才能继续生产14号产品。
（2）P147，绘制ps/semaphore.c文件内PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数的流程图
PsWaitForSemaphore函数的流程图
PsReleaseSemaphore函数的流程图
4.主要数据结构、实现代码及其说明
修改PsWaitForSemaphore
if（Semaphore->Count>0）{
Semaphore->Count--;
ans=STATUS_SUCCESS;}
elseif（Semaphore->Count==0）
ans=PspWait（&Semaphore->WaitListHead,Milliseconds）;
else{
PspWait（&Semaphore->WaitListHead,INFINITE）;
}
KeEnableInterrupts（IntState）;//原子操作完成，恢复中断。
returnans;
修改PsReleaseSemaphore
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。
intk=Semaphore->Count+ReleaseCount;
while（（!
ListIsEmpty（&Semaphore->WaitListHead））&&（k））
{
PspWakeThread（&Semaphore->WaitListHead,STATUS_SUCCESS）;
k--;
}
Semaphore->Count=k;
//可能有线程被唤醒，执行线程调度。
PspThreadSchedule（）;
Status=STATUS_SUCCESS;
}
KeEnableInterrupts（IntState）;//原子操作完成，恢复中断。
returnStatus;
5.源程序并附上注释
#include"psp.h"
VOID
PsInitializeSemaphore（
INPSEMAPHORESemaphore,
INLONGInitialCount,
INLONGMaximumCount
）
/*++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）;
}
STATUS
PsWaitForSemaphore（
INPSEMAPHORESemaphore,
INULONGMilliseconds
）
/*++
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。
--*/
{
STATUSans=STATUS_SUCCESS;
BOOLIntState;
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--;
ans=STATUS_SUCCESS;}
elseif（Semaphore->Count==0）
ans=PspWait（&Semaphore->WaitListHead,Milliseconds）;
else{
PspWait（&Semaphore->WaitListHead,INFINITE）;
}
KeEnableInterrupts（IntState）;//原子操作完成，恢复中断。
returnans;
}
STATUS
PsReleaseSemaphore（
INPSEMAPHORESemaphore,
INLONGReleaseCount,
OUTPLONGPreviousCount
）
/*++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。
--*/
{
STATUSStatus;
BOOLIntState;
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。
intk=Semaphore->Count+ReleaseCount;
while（（!
ListIsEmpty（&Semaphore->WaitListHead））&&（k））
{
PspWakeThread（&Semaphore->WaitListHead,STATUS_SUCCESS）;
k--;
}
Semaphore->Count=k;
//可能有线程被唤醒，执行线程调度。
PspThreadSchedule（）;
Status=STATUS_SUCCESS;
}
KeEnableInterrupts（IntState）;//原子操作完成，恢复中断。
returnStatus;
}
//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_TYPEPspSemaphoreType=NULL;
//用于初始化semaphore结构体的参数结构体。
typedefstruct_SEM_CREATE_PARAM{
LONGInitialCount;
LONGMaximumCount;
}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。
VOID
PspOnCreateSemaphoreObject（
INPVOIDSemaphoreObject,
INULONG_PTRCreateParam）
{
PsInitializeSemaphore（（PSEMAPHORE）SemaphoreObject,
（（PSEM_CREATE_PARAM）CreateParam）->InitialCount,
（（PSEM_CREATE_PARAM）CreateParam）->MaximumCount）;
}
//semaphore对象类型的初始化函数。
VOID
PspCreateSemaphoreObjectType（VOID）
{
STATUSStatus;
OBJECT_TYPE_INITIALIZERInitializer;
Initializer.Create=PspOnCreateSemaphoreObject;
Initializer.Delete=NULL;
Initializer.Wait=（OB_WAIT_METHOD）PsWaitForSemaphore;
Initializer.Read=NULL;
Initializer.Write=NULL;
Status=ObCreateObjectType（"SEMAPHORE",&Initializer,&PspSemaphoreType）;
if（!
EOS_SUCCESS（Status））{
KeBugCheck（"Failedtocreatesemaphoreobjecttype!
"）;
}
}
//semaphore对象的构造函数。
STATUS
PsCreateSemaphoreObject（
INLONGInitialCount,
INLONGMaximumCount,
INPSTRName,
OUTPHANDLESemaphoreHandle
）
{
STATUSStatus;
PVOIDSemaphoreObject;
SEM_CREATE_PARAMCreateParam;
if（InitialCount<0||MaximumCount<=0||InitialCount>MaximumCount）{
returnSTATUS_INVALID_PARAMETER;
}
//创建信号量对象。
CreateParam.InitialCount=InitialCount;
CreateParam.MaximumCount=MaximumCount;
Status=ObCreateObject（PspSemaphoreType,
Name,
sizeof（SEMAPHORE）,
（ULONG_PTR）&CreateParam,
&SemaphoreObject）;
if（!
EOS_SUCCESS（Status））{
returnStatus;
}
Status=ObCreateHandle（SemaphoreObject,SemaphoreHandle）;
if（!
EOS_SUCCESS（Status））{
ObDerefObject（SemaphoreObject）;
}
returnStatus;
}
//semaphore对象的signal操作函数。
STATUS
PsReleaseSemaphoreObject（
INHANDLEHandle,
INLONGReleaseCount,
INPLONGPreviousCount
）
{
STATUSStatus;
PSEMAPHORESemaphore;
if（ReleaseCount<1）{
returnSTATUS_INVALID_PARAMETER;
}
//由semaphore句柄得到semaphore对象的指针。
Status=ObRefObjectByHandle（Handle,PspSemaphoreType,（PVOID*）&Semaphore）;
if（EOS_SUCCESS（Status））{
Status=PsReleaseSemaphore（Semaphore,ReleaseCount,PreviousCount）;
ObDerefObject（Semaphore）;
}
returnStatus;
}
6.程序运行时的初值和运行结果
四、实验体会
过本次实验，初步了解操作系统的进程同步的过程。
我对生产者-消费者问题的解决办法有了更全面的认识，同时对调试代码更加熟练。
这次上机练习一步一步按照试验知道上的内容操作，最后也得到了想要的结果。
虽然这个实验的时间较长，但感觉很充实。
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