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操作系统实验报告课程名称操作系统实验课程编号0906553实验项目名称进程的同步学号年级姓名专业学生所在学院指导教师实验室名称地点哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院第六讲进程的同步一、实验概述1.实验名称进程的同步2.实验目的（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.实验类型验证型实验，设计性实验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的信号量算法二、实验环境操作系统集成实验环境OSLab三、实验过程1.设计思路和流程图2.算法实现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：此时生产了0-13号14个产品，消费了0-3号4个产品，缓冲区都占满了。只有缓冲区有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，有空闲缓冲区时，才继续生产14号产品。(2).P145-3.4修改EOS的信号量算法(只看一次消费1个产品的，一次消费2个产品的可以写到实验报告中)答：见三，四部分(3).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：原子操作要求一旦开始就要运行到结束，不能有中断。在执行等待信号量和释放信号量的时候，不允许cpu响应外部中断，所以使用原子操作。(4).绘制ps/semaphore.c文件内PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函数的流程图。PsWaitForSemaphore原子操作前关中断开始原子操作P操作P操作结束Wait操作的信号量大于0Y执行P操作NPsReleaseSemaphore4.主要数据结构、实现代码及其说明1)修改PsWaitForSemaphore函数if(Semaphore-Count0){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);原子操作前关中断开始原子操作V操作返回“信号数目量超出范围”记录当前信号量的值信号量值+1释放信号量P和V操作的信号量之和大于缓冲队列长度YNP操作控制的信号量不大于0Y唤醒等待进程返回“唤醒成功”唤醒队列中进程被阻塞进程量小于要释放的信号量等待队列为空NYNYN结束KeEnableInterrupts(IntState);//原子操作完成，恢复中断。returnflag;}//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2)修改PsReleaseSemaphore函数if(Semaphore-Count+ReleaseCountSemaphore-MaximumCount){Status=STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED;}else{////记录当前的信号量的值。//if(NULL!=PreviousCount){*PreviousCount=Semaphore-Count;}intmm=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#includepsp.hVOIDPsInitializeSemaphore(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&&MaximumCount0);Semaphore-Count=InitialCount;Semaphore-MaximumCount=MaximumCount;ListInitializeHead(&Semaphore-WaitListHead);}STATUSPsWaitForSemaphore(INPSEMAPHORESemaphore,ININTMilliseconds,INSTATUSi)/*++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。--*/{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-Count0){Semaphore-Count--;i=STATUS_SUCCESS;}else{i=PspWait(&Semaphore-WaitListHead,Milliseconds);}KeEnableInterrupts(IntState);//原子操作完成，恢复中断。returni;}STATUSPsReleaseSemaphore(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+ReleaseCountSemaphore-MaximumCount){Status=STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED;}else{////记录当前的信号量的值。//if(NULL!=PreviousCount){*PreviousCount=Semaphore-Count;}INTj=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=j+ReleaseCount;Status=STATUS_SUCCESS;}KeEnableInterrupts(IntState);//原子操作完成，恢复中断。returnStatus;}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。//VOIDPspOnCreateSemaphoreObject(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。//VOIDPspCreateSemaphoreObjectType(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。//STATUSPsCreateSemaphoreObject(INLONGInitialCount,INLONGMaximumCount,INPSTRName,OUTPHANDLESemaphoreHandle){STATUSStatus;PVOIDSemaphoreObject;SEM_CREATE_PARAMCreateParam;if(InitialCount0||MaximumCount=0||InitialCountMaximumCount){returnSTATUS_INVALID_PARAMETER;}////创建信号量对象。//CreateParam.InitialCount=InitialCount;CreateParam.MaximumCount=MaximumCount;Status=ObCreateObject(PspSemaphoreType,Name