1、操作系統(tǒng)實驗報告實驗一 線程的狀態(tài)和轉換（5分）1 實驗目的和要求目的：熟悉線程的狀態(tài)及其轉換，理解線程狀態(tài)轉換與線程調度的關系。要求：（1）跟蹤調試EOS線程在各種狀態(tài)間的轉換過程，分析EOS中線程狀態(tài)及其轉換的相關源代碼；（2）修改EOS的源代碼，為線程增加掛起狀態(tài)。2 完成的實驗內(nèi)容2.1 EOS線程狀態(tài)轉換過程的跟蹤與源代碼分析（分析EOS中線程狀態(tài)及其轉換的核心源代碼，說明EOS定義的線程狀態(tài)以及狀態(tài)轉換的實現(xiàn)方法；給出在本部分實驗過程中完成的主要工作，包括調試、跟蹤與思考等）實驗主要分析EOS的下列線程狀態(tài)轉換：線程由阻塞狀態(tài)進入就緒狀態(tài)。線程由運行狀態(tài)進入就緒狀態(tài)。線程由就緒狀態(tài)

2、進入運行狀態(tài)。線程由運行狀態(tài)進入阻塞狀態(tài)。Loop函數(shù):系統(tǒng)準備了控制臺命令“l(fā)oop”，命令函數(shù)是ke/sysproc.c文件中ConsoleCmdLoop函數(shù)（Line 797），此函數(shù)中使用LoopThreadFunction創(chuàng)建優(yōu)先級為8的線程。在線程轉換實驗中，loop線程的主要作用是表示線程的狀態(tài)，如運行、阻塞、掛起、就緒、恢復狀態(tài)。loop線程代碼分析如下：LoopThreadFunction(PVOID Param) ULONG i;ULONG ThreadID = GetCurrentThreadId();COORD CursorPosition;HANDLE StdHand

3、le = (HANDLE)Param;for (i = 0; i < 24; i+) fprintf(StdHandle, "n"); / 清理整個屏幕的內(nèi)容。CursorPosition.X = 0; / 設置線程輸出內(nèi)容顯示的位置CursorPosition.Y = 0;for (i=0;i+) / 死循環(huán)。SetConsoleCursorPosition(StdHandle, CursorPosition);fprintf(StdHandle, "Loop thread ID %d : %u ", ThreadID, i); / 格式：Thr

4、ead ID 線程ID : 執(zhí)行計數(shù)return 0;分析：CreateThread用于創(chuàng)建線程，第一個“0”對應于LPSECURITY_ATTRIBUTES，即對象描述符，這個結構為很多函數(shù)創(chuàng)建對象是提供安全性設置，第二個“0”和“NULL”為CreateThread的配置參數(shù)。LoopThreadFunction是創(chuàng)建loop循環(huán)線程，在這個函數(shù)中用于在控制臺顯示的代碼在787行的循環(huán)函數(shù).2.1.1線程由阻塞狀態(tài)進入就緒狀態(tài)通過實驗步驟的調試，可以將線程由阻塞狀態(tài)進入就緒狀態(tài)的步驟總結如下：將線程從等待隊列中移除 將線程的狀態(tài)由 Waiting 修改為 Zero將線程插入其優(yōu)先級對應的就

5、緒隊列的隊尾將線程的狀態(tài)由 Zero 修改為 Ready狀態(tài)轉換過程中使用到的函數(shù)為PspUnwaitThread函數(shù)和PspWakeThread 函數(shù)，其中PspUnwaitThread函數(shù)是使處于等待狀態(tài)的線程脫離等待隊列并轉入Zero狀態(tài)，即使線程脫離阻塞狀態(tài)。PspWakeThread函數(shù)是改變線程的轉臺值，使Zero狀態(tài)或者運行狀態(tài)的線程轉入就緒狀態(tài)。從函數(shù)代碼分析轉換的功能PspUnwaitThread函數(shù)VOID PspUnwaitThread( IN PTHREAD Thread )/功能描述：使處于等待狀態(tài)的線程脫離等待隊列并轉入 Zero 狀態(tài)。/參數(shù)： Thread -

6、目標線程對象指針。ASSERT(Waiting = Thread->State); / 將線程從所在等待隊列中移除并修改狀態(tài)碼為Zero。ListRemoveEntry (&Thread->StateListEntry);Thread->State = Zero; / 如果線程注冊了等待計時器，則注銷等待計時器。if (STATUS_TIMEOUT = Thread->WaitStatus) KeUnregisterTimer(&Thread->WaitTimer);分析：函數(shù)的參數(shù)Thread是目標線程對象指針，執(zhí)行如下。ASSERT(Waiti

7、ng = Thread->State);首先測試線程是不是在等待隊列，如果不是則結束函數(shù)的執(zhí)行，在程序運行時，主要用于調試，使其不容易出現(xiàn)錯誤或異常。ListRemoveEntry(&Thread->StateListEntry);Thread->State = Zero;將線程從所在等待隊列中移除并修改狀態(tài)碼為Zero。其中&Thread->StateListEntry是線程隊列，ListRemoveEntry函數(shù)是移除等待隊列的堆棧，第二句是使線程狀態(tài)修改為Zero。PspWakeThread函數(shù)PspWakeThread(IN PLIST_ENTR

8、Y WaitListHead,IN STATUS WaitStatus) /功能描述：喚醒指定等待隊列的隊首線程。/參數(shù)： WaitListHead - 等待隊列指針。 /WaitStatus - 被喚醒線程從PspWait返回的返回值。 PTHREAD Thread;If (! ListIsEmpty (WaitListHead) / 喚醒等待隊列的隊首線程。Thread = CONTAINING_RECORD (WaitListHead->Next, THREAD, StateListEntry);PspUnwaitThread (Thread);PspReadyThread (Th

9、read);Thread->WaitStatus = WaitStatus; / 設置線程從PspWait返回的返回值。 else Thread = NULL ;return Thread;分析： 函數(shù)中使處于等待隊列中的線程的狀態(tài)發(fā)生改變的函數(shù)是“PspReadyThread (Thread)”，功能是使 Zero 狀態(tài)或者運行狀態(tài)的線程轉入就緒狀態(tài)。與PspUnwaitThread函數(shù)聯(lián)合使用，從而完成線程從阻塞到就緒的狀態(tài)改變。2.1.2線程由運行狀態(tài)進入就緒狀態(tài) 通過試驗調試，可以將線程由運行狀態(tài)進入就緒狀態(tài)的步驟總結如下：(1) 線程中斷運行，將線程中斷運行時的上下文保存到線程

10、控制塊中。(2) 如果處于運行狀態(tài)的線程被更高優(yōu)先級的線程搶先，就需要將該線程插入其優(yōu)先級對應的就緒隊列的隊首。(3) 將線程的狀態(tài)由 Running 修改為 Ready。狀態(tài)轉換在PspSelectNextThread函數(shù)中完成，主要分為兩部分，被中斷的線程處于運行狀態(tài)和非運行狀態(tài)，代碼分析如下：運行狀態(tài)：if (NULL != PspCurrentThread && Running = PspCurrentThread->State)if (0 != PspReadyBitmap && HighestPriority > PspCurrentTh

11、read->Priority) / 如果存在比當前運行線程優(yōu)先級更高的就緒線程，當前線程應被搶先。/ 因為當前線程仍處于運行狀態(tài)，所以被高優(yōu)先級線程搶先后應插入其/ 優(yōu)先級對應的就緒隊列的隊首。ListInsertHead (&PspReadyListHeads PspCurrentThread->Priority,&PspCurrentThread->StateListEntry);BIT_SET (PspReadyBitmap, PspCurrentThread->Priority);PspCurrentThread->State = Read

12、y; else / 當前線程繼續(xù)運行。MmSwapProcessAddressSpace (PspCurrentThread->Attached as);return &PspCurrentThread->KernelContext;分析：第一句判斷當前非空進程的狀態(tài)是否是運行，是的話執(zhí)行下面過程；后一個if語句比較運行進程的優(yōu)先級，如果有等高的優(yōu)先級的進程進行申請，該正在運行的進程被中斷，狀態(tài)改為就緒（ready），轉換過程在else上一句執(zhí)行。非運行狀態(tài)：if (0 = PspReadyBitmap) / 被中斷運行線程處于非運行狀態(tài)，必須存在一個可運行的就緒線程。AS

13、SERT (FALSE);KeBugCheck ("No ready thread to run!");分析：當前被中斷的進程處于非運行狀態(tài)時，要么使其運行，要么等待可運行的就緒進程。2.1.3線程由運行狀態(tài)進入就緒狀態(tài)將線程從其優(yōu)先級對應的就緒隊列中移除將線程的狀態(tài)由 Ready 修改為 Zero將線程的狀態(tài)由 Zero 修改為 Running將線程的上下文從線程控制塊（TCB）復制到處理器的各個寄存器中，讓線程從上次停止運行的位置繼續(xù)運行。VOIDPspUnreadyThread( PTHREAD Thread )/功能描述：取消線程的就緒狀態(tài)，使線程轉入 Zero 狀

14、態(tài)。/參數(shù)： Thread - 當前處于就緒狀態(tài)的線程的指針。ASSERT(NULL != Thread && Ready = Thread->State);/ 將線程從所在的就緒隊列中取出，如果線程優(yōu)先級對應的就緒隊列變?yōu)榭眨?/ 則清除就緒位圖中對應的位。/ListRemoveEntry(&Thread->StateListEntry);if(ListIsEmpty(&PspReadyListHeadsThread->Priority) BIT_CLEAR(PspReadyBitmap, Thread->Priority);Threa

15、d->State = Zero;分析：函數(shù)將線程狀態(tài)轉入就緒，使其狀態(tài)為zero，再轉回PspSelectNextThread將函數(shù)狀態(tài)值設為2，即運行狀態(tài)。2.1.4線程由由運行狀態(tài)進入阻塞狀態(tài)將線程插入等待隊列的隊尾。將線程的狀態(tài)由 Running 修改為 Waiting將線程中斷執(zhí)行，并將處理器上下文保存到該線程的線程控制塊中。PspWait(IN PLIST_ENTRY WaitListHead,IN ULONG Milliseconds) WaitStatus。ASSERT(0 = KeGetIntNesting();ASSERT(Running = PspCurrentThr

16、ead->State);ASSERT(0 != PspReadyBitmap);if(0 = Milliseconds) return STATUS_TIMEOUT;/ 將當前線程插入等待隊列的隊尾并修改線程狀態(tài)碼為Waiting。ListInsertTail(WaitListHead, &PspCurrentThread->StateListEntry);PspCurrentThread->State = Waiting;/ 如果不是永久等待，就注冊一個用于超時喚醒線程的等待計時器。if (INFINITE != Milliseconds) KeInitialize

17、Timer( &PspCurrentThread->WaitTimer, Milliseconds, PspOnWaitTimeout, (ULONG_PTR)PspCurrentThread );KeRegisterTimer(&PspCurrentThread->WaitTimer);PspCurrentThread->WaitStatus = STATUS_TIMEOUT; else PspCurrentThread->WaitStatus = STATUS_SUCCESS;/ 當前線程進入等待狀態(tài)后需要讓出處理器（讓權等待），執(zhí)行線程調度。Psp

18、ThreadSchedule();/ 線程被喚醒繼續(xù)執(zhí)行，返回等待結果狀態(tài)碼。return PspCurrentThread->WaitStatus; 分析:線程由運行狀態(tài)改為阻塞狀態(tài),相應的狀態(tài)值應該由”2”改為”0”,在上面的代碼中, “PspCurrentThread->State = Waiting”是完成這一轉換功能的。2.2為線程增加掛起狀態(tài)的實現(xiàn)（給出實現(xiàn)方法的簡要描述、源代碼、測試和結果等）（1）添加代碼的原理:首先調用 ListRemoveEntry 函數(shù)將線程從掛起線程隊列中移除，然后調用 PspReadyThread 函數(shù)將線程恢復為就緒狀態(tài)，最后調用 Psp

19、ThreadSchedule 宏函數(shù)執(zhí)行線程調度，讓剛剛恢復的線程有機會執(zhí)行。（2）源代碼：STATUSPsResumThread ( IN HANDLE hThread )/功能描述：恢復指定的線程。/參數(shù)： hThread - 需要被恢復的線程的句柄。/返回值：如果成功則返回 STATUS_SUCCESS。STATUS Status;BOOL IntState;PTHREAD Thread;/ 根據(jù)線程句柄獲得線程對象的指針/Status = ObRefObjectByHandle(hThread, PspThreadType, (PVOID*)&Thread);if (EOS_S

20、UCCESS(Status) IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);/ 關中斷if (Zero = Thread->State) / 在此添加代碼將線程恢復為就緒狀態(tài) ListRemoveEntry(&Thread->StateListEntry); PspReadyThread(Thread); PspThreadSchedule();/添加完成Status = STATUS_SUCCESS; else Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;KeEnableInterrupts(IntState);/ 開中斷ObD

21、erefObject(Thread);return Status;分析：本實驗添加了三行代碼，實際測試時，只添加中間的函數(shù)“PspReadyThread”，resume仍然正常執(zhí)行，原因是只有一個進程從就緒列表中取出，若是連續(xù)兩個進程先執(zhí)行suspend，則會出錯，所以嚴謹?shù)膶懛☉亚昂髢尚写a加上。ListRemoveEntry用于將進程從掛起狀態(tài)移除，PspThreadSchedule（）調用此進程。（3）測試： 首先調用loop循環(huán)進程，在并行的控制臺中輸入suspend 進程號，返回原控制臺觀察現(xiàn)象，然后執(zhí)行resume 進程號，再返回控制臺查看，并輸出當前進程所有的進程的狀態(tài)信息。（

22、4）測試結果： 進程狀態(tài)信息：ready為就緒，waiting為阻塞，running為執(zhí)行3 其他需要說明的問題 3.1思考一下，在本實驗中，當 loop 線程處于運行狀態(tài)時，EOS 中還有哪些線程，它們分別處于什么狀態(tài)?？梢允褂每刂婆_命令 pt 查看線程的狀態(tài)。 答：如上圖所示，2號進程處于就緒狀態(tài)，2028處于掛起狀態(tài)，31運行 3.2當 loop 線程在控制臺 1 中執(zhí)行，并且在控制臺 2 中執(zhí)行 suspend 命令時，為什么控制臺 1 中的 loop線程處于就緒狀態(tài)而不是運行狀態(tài)？答：打開控制臺3時（控制臺2在本實驗中不能使用），loop線程處于活動就緒狀態(tài)，此時在控制臺3中使用掛起

23、原語Suspend可以將該線程掛起，該線程便會轉入靜止就緒狀態(tài)。處于靜止就緒狀態(tài)的線程，不會再被調度執(zhí)行，直到使用原語Resume將該線程恢復為活動就緒狀態(tài)。3.3總結一下在圖 5-3 中顯示的轉換過程，哪些需要使用線程控制塊中的上下文（將線程控制塊中的上下文恢復到處理器中，或者將處理器的狀態(tài)復制到線程控制塊的上下文中），哪些不需要使用，并說明原因。答：新建->就緒 ：當創(chuàng)建一個進程或線程時，新進程的主線程或者新線程都會被初始化為就緒狀態(tài)，并被放入就緒隊列中。就緒->運行 ：當調度程序認為某個處于就緒狀態(tài)的線程應當執(zhí)行時，便使其成為當前運行的線程，該線程就會從就

24、緒狀態(tài)進入運行狀態(tài)。 運行->就緒 ：當前運行線程因時間片用完或被更高優(yōu)先級線程搶先時，當前運行線程就會由運行狀態(tài)轉入就緒狀態(tài)。 運行->阻塞 ：當前運行線程可能因調用API函數(shù)WaitForSingleObject等待事件或者執(zhí)行I/O請求而被阻塞，從而由運行狀態(tài)轉入阻塞狀態(tài)。 阻塞->就緒 ：處于阻塞狀態(tài)的線程所等待的事件變?yōu)橛行Ш?，或等待超時后，該線程將被喚醒，從而由阻塞狀態(tài)進入就緒狀態(tài)。 任意狀態(tài)->結束狀態(tài) 線程可以由任意一個狀態(tài)轉入結束狀態(tài)。例如，線程執(zhí)行完畢會由運行狀態(tài)轉入結束

25、狀態(tài)，就緒線程或者阻塞線程如果被強制結束，也會轉入結束狀態(tài)。3.4. 在本實驗 3.2 節(jié)中總結的所有轉換過程都是分步驟進行的，為了確保完整性，顯然這些轉換過程是不應該被打斷的，也就是說這些轉換過程都是原語操作（參見本書第 2.6 節(jié)）。請讀者找出這些轉換過程的原語操作（關中斷和開中斷）是在哪些代碼中完成的。答：在ps/psspnd.c文件中已經(jīng)為原語Suspend實現(xiàn)了對應的函數(shù)PsSuspendThread： STATUS PsSuspendThread( IN HANDLE hThread )  STATUS

26、 Status; BOOL IntState; PTHREAD Thread; Status = ObRefObjectByHandle(hThread, PspThreadType, (PVOID*)&Thread); if (EOS_SUCCESS(Status)  IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);   / 關中斷 if (Ready

27、 = Thread->State)  PspUnreadyThread(Thread); ListInsertTail(&SuspendListHead, &Thread>StateListEntry); Status = STATUS_SUCCESS;  else  Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;  KeEnableInterrupts(IntState); 

28、;  / 開中斷 ObDerefObject(Thread);  return Status; 實驗二 進程的同步（7分）1 實驗目的和要求目的：理解進程同步的原理和意義，掌握信號量的實現(xiàn)方法和應用。要求：（1）使用EOS的信號量，實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者問題； （2）跟蹤調試EOS信號量的工作過程，分析EOS信號量實現(xiàn)的源代碼；（3）修改EOS信號量的實現(xiàn)代碼，使之支持等待超時喚醒和批量釋放功能。2 完成的實驗內(nèi)容2.1 使用EOS的信號量實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者問題（簡要說明使用EOS的信號量解決生產(chǎn)者-消費者問題的實現(xiàn)方法；給出在

29、本部分實驗過程中完成的主要工作，包括調試、跟蹤、測試與思考等）生產(chǎn)者和消費者函數(shù)執(zhí)行流程如下圖所示實現(xiàn)方法: 主函數(shù)創(chuàng)建Mutex對象實現(xiàn)信號量的互斥訪問,PV原語的實現(xiàn)過程在Producer函數(shù)和Consumer函數(shù)中給出.同時main函數(shù)創(chuàng)建Empty和Full信號量對象,并創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費者進程,當這兩個進程執(zhí)行完后結束main函數(shù).可以看出,main函數(shù)對給出了解決生產(chǎn)者和消費者問題所需要的基本信號量和相應的函數(shù). Producer函數(shù):函數(shù)執(zhí)行時首先檢查是否生產(chǎn)完畢,如果是則結束該函數(shù),否則等待Empty信號量,再檢查Empty是否是空的,是則生產(chǎn).等待Mutex信號量,實現(xiàn)對于臨界

30、資源的互斥訪問，滿足條件時生產(chǎn)一個產(chǎn)品，占用一個緩沖區(qū)，并循環(huán)向右移動緩沖區(qū)指針。然后釋放Mutex對象，釋放臨界資源。釋放修改后的Full信號量對象，在此延時500ms在進行循環(huán)生產(chǎn)。 Consumer函數(shù)：與Producer函數(shù)一樣，首先檢查是否消費完畢，如果是則結束函數(shù)，否則等待Full信號量，如果Full信號量非空，那么Consumer可以消費產(chǎn)品。接著等待Mutex信號量，進入臨界區(qū)，實現(xiàn)對于臨界資源的互斥訪問。臨界區(qū)內(nèi)首先執(zhí)行消費一個產(chǎn)品，清空一個緩沖區(qū)，循環(huán)向后移動緩沖區(qū)指針，釋放Mutex對象，結束臨界區(qū)訪問，最后釋放Empty信號量對象。函數(shù)最后需要判斷是否是前10個產(chǎn)品，如

31、果是等待2000ms，否則等待100ms，再循環(huán)執(zhí)行。 調試： 使用 pc.c 文件中的源代碼，替換之前創(chuàng)建的 EOS 應用程序項目中 EOSApp.c 文件內(nèi)的源代碼。按 F7 生成修改后的 EOS 應用程序項目。按 F5 啟動調試。OS Lab 會首先彈出一個調試異常對話框。在調試異常對話框中選擇“否”，繼續(xù)執(zhí)行。立即激活虛擬機窗口查看生產(chǎn)者消費者同步執(zhí)行的過程，待應用程序執(zhí)行完畢后，結束此次調試。調試結果如下圖所示思考：生產(chǎn)者線程和消費者線程是如何使用 Mutex、Empty 信號量和 Full 信號量來實現(xiàn)同步的？在兩個線程函數(shù)中對這三個同步對象的操作能夠改變順序嗎？答：三個信號量的初

32、始值分別為Mutex=1（實現(xiàn)臨界資源的互斥訪問）、Empty=10（緩沖區(qū)的容納個數(shù)）、Full=0，當存在一個生產(chǎn)者線程訪問緩沖池時，首先對Empty減1，如果大于0，則說明還有剩余緩沖區(qū)可以讓生產(chǎn)者放入產(chǎn)品，否則生產(chǎn)者線程進入等待隊列；再對Mutex減1，如果大于等于0，則說明沒有線程占用緩沖池，否則生產(chǎn)者線程進入等待隊列。生產(chǎn)完產(chǎn)品后，對Mutex加1，解除封鎖；再對Full加1，說明生產(chǎn)了一個產(chǎn)品占用了一個緩沖區(qū)。消費者線程同理，對信號量的操作順序與生產(chǎn)者線程相反。不能對這三個同步對象的操作改變順序，否則可能造成死鎖。生產(chǎn)者在生產(chǎn)了 13 號產(chǎn)品后本來要繼續(xù)生產(chǎn) 14 號產(chǎn)品，可此時

33、生產(chǎn)者為什么必須等待消費者消費了 4 號產(chǎn)品后，才能生產(chǎn) 14 號產(chǎn)品呢？生產(chǎn)者和消費者是怎樣使用同步對象來實現(xiàn)該同步過程的呢？答：因為臨界資源的訪問限制，程序中限定了緩沖池的大小為10，只有緩沖池有空余時生產(chǎn)者才能向里邊放產(chǎn)品，同時只有緩沖池有產(chǎn)品時消費者才能向外取東西。當生產(chǎn)者生產(chǎn)了13號產(chǎn)品后，共生產(chǎn)了從0到13的14個產(chǎn)品，但是只消費了從0到3的4個產(chǎn)品，所以緩沖池中的10個緩沖區(qū)就都被占用了，所以不能繼續(xù)生產(chǎn)14號產(chǎn)品，而要等到消費者消費掉一個產(chǎn)品后，緩沖池有空余位置，才能繼續(xù)生產(chǎn)14號產(chǎn)品。當生產(chǎn)者線程生產(chǎn)了13號產(chǎn)品后，此時Full信號量的值為10，而Empty信號量的值為0，此

34、時若生產(chǎn)者線程要再生產(chǎn)一個產(chǎn)品，先對Empty減1，此時Empty值小于零，生產(chǎn)者線程進入等待隊列；而此時若有一個消費者線程要消費一個產(chǎn)品，先對Full減1，此時Full值為9，大于0，如果沒有線程占用緩沖池，消費者可以消費一個產(chǎn)品。這樣，生產(chǎn)者和消費者就能實現(xiàn)同步過程了。2.2 EOS信號量工作過程的跟蹤與源代碼分析（分析EOS信號量實現(xiàn)的核心源代碼，簡要闡述其實現(xiàn)方法；給出在本部分實驗過程中完成的主要工作，包括調試、跟蹤與思考等）實現(xiàn)方法：EOS信號量實現(xiàn)是按照上面流程圖的操作進行，線面通過分析代碼具體查看執(zhí)行的過程 （1）創(chuàng)建信號量 信號量結構體（SEMAPHORE）中的各個成員變量是由

35、 API 函數(shù) CreateSemaphore 的對應參數(shù)初始化的， Main（）函數(shù)的第77行用于創(chuàng)建空信號量EmptySemaphoreHandle = CreateSemaphore(BUFFER_SIZE, BUFFER_SIZE, NULL) CreatSemaphore在流程圖中的三個信號量的創(chuàng)建過程中都有用到，在使用時有必要了解該函數(shù)的執(zhí)行過程CreateSemaphore(IN LONG InitialCount, IN LONG MaximumCount IN PSTR Name) STATUS Status;HANDLE Handle;Status = PsCreateSe

36、maphoreObject(InitialCount,MaximumCount,Name,&Handle );PsSetLastError(TranslateStatusToError(Status);return EOS_SUCCESS(Status) ? Handle : NULL;分析：該函數(shù)使用時參數(shù)包括信號量的初始值、最大值和信號量名稱。PsInitializeSemaphore (IN PSEMAPHORE Semaphore, IN LONG InitialCount, IN LONG MaximumCount)/功能描述：初始化信號量結構體。/參數(shù)：Semaphore

37、- 要初始化的信號量結構體指針。InitialCount - 信號量的初始值，不能小于 0 且不能大于 MaximumCount。MaximumCount - 信號量的最大值，必須大于 0。ASSERT(InitialCount >= 0 && InitialCount <= MaximumCount && MaximumCount > 0);Semaphore->Count = InitialCount;Semaphore->MaximumCount = MaximumCount;ListInitializeHead(&S

38、emaphore->WaitListHead);分析：該函數(shù)定義了信號量的結構體，在創(chuàng)建mutex信號量、full信號量和empty信號量的時候，需要預先執(zhí)行該函數(shù)初始化信號量結構體，才能使用其他函數(shù)。 （2）等待、釋放信號量生產(chǎn)者和消費者剛開始執(zhí)行時，用來放產(chǎn)品的緩沖區(qū)都是空的，所以生產(chǎn)者在第一次調用WaitForSingleObject 函數(shù)等待 Empty 信號量時，應該不需要阻塞就可以立即返回。生產(chǎn)者進程代碼：ULONG Producer(PVOID Param) int i;int InIndex = 0;for (i = 0; i < PRODUCT_COUNT; i+

39、) WaitForSingleObject(EmptySemaphoreHandle, INFINITE);WaitForSingleObject(MutexHandle, INFINITE);printf("Produce a %dn", i);BufferInIndex = i;InIndex = (InIndex + 1)% BUFFER_SIZE;ReleaseMutex(MutexHandle); /釋放mutexReleaseSemaphore(FullSemaphoreHandle, 1, NULL);Sleep(500); / 休息一會。每 500 毫秒生產(chǎn)

40、一個數(shù)。return 0;分析：WaitForSingleObject（）函數(shù)執(zhí)行了兩次，第一次執(zhí)行是等待empty信號量，第二次執(zhí)行是等待mutex（用于訪問臨界資源定義的信號量），與流程圖中的步驟相對應。BufferInIndex = i;InIndex = (InIndex + 1)% BUFFER_SIZE;則是被訪問的臨界資源，在緩沖區(qū)添加資源，ReleaseMutex函數(shù)釋放mutex信號量，ReleaseSemaphore釋放full信號量。Sleep(500);是定時500ms的函數(shù)。PsWaitForSemaphore函數(shù)： PsWaitForSemaphore(IN PSE

41、MAPHORE Semaphore,IN ULONG Milliseconds )/功能描述：信號量的 Wait 操作（P 操作）。/參數(shù)：Semaphore - Wait 操作的信號量對象。Milliseconds - 等待超時上限，單位毫秒。返回值：STATUS_SUCCESS。當你修改信號量使之支持超時喚醒功能后，如果等待超時，應該返回 STATUS_TIMEOUT。BOOL IntState;ASSERT(KeGetIntNesting() = 0); / 中斷環(huán)境下不能調用此函數(shù)。IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); / 開始原子操作，禁止中斷。

42、/ 目前僅實現(xiàn)了標準記錄型信號量，不支持超時喚醒功能，所以 PspWait 函數(shù)的第二個參數(shù)的值只能是 INFINITE。Semaphore->Count-;if (Semaphore->Count < 0) PspWait(&Semaphore->WaitListHead, INFINITE);KeEnableInterrupts(IntState); / 原子操作完成，恢復中斷。return STATUS_SUCCESS;分析：在Producer進程和Consumer進程函數(shù)中，WaitForSingleObject需要調用此函數(shù)，主要是用來完成信號量的等待

43、操作，即P操作。PsReleaseSemaphore函數(shù)STATUSPsReleaseSemaphoreObject(IN HANDLE Handle,IN LONG ReleaseCount,IN PLONGPreviousCount)STATUS Status;PSEMAPHORE Semaphore;if (ReleaseCount < 1) return STATUS_INVALID_PARAMETER; / 由 semaphore 句柄得到 semaphore 對象的指針。Status = ObRefObjectByHandle(Handle, PspSemaphoreType

44、, (PVOID*)&Semaphore);if (EOS_SUCCESS(Status) Status = PsReleaseSemaphore(Semaphore, ReleaseCount, PreviousCount);ObDerefObject(Semaphore);return Status;分析：生產(chǎn)者、消費者和main函數(shù)中都需要使用ReleaseSemaphore來釋放使用過的信號量，函數(shù)有3個句柄，處理子函數(shù)，釋放值，當前值。內(nèi)部函數(shù)通過調用PsReleaseSemaphore函數(shù)來具體實現(xiàn)釋放信號量。2.3支持等待超時喚醒和批量釋放功能的EOS信號量實現(xiàn)（給出實現(xiàn)

45、方法的簡要描述、源代碼、測試和結果等）問題：在目前 EOS Kernel 項目的 ps/semaphore.c 文件中，PsWaitForSemaphore 函數(shù)的 Milliseconds 參數(shù)只能是 INFINITE，PsReleaseSemaphore 函數(shù)的 ReleaseCount 參數(shù)只能是 1。現(xiàn)在要求同時修改PsWaitForSemaphore 函數(shù)和 PsReleaseSemaphore 函數(shù)中的代碼，使這兩個參數(shù)能夠真正起到作用，使信號量對象支持等待超時喚醒功能和批量釋放功能。實現(xiàn)方法：修改 PsWaitForSemaphore 函數(shù)：對于支持等待超時喚醒功能的信號量，其計

46、數(shù)值只能是大于等于 0。當計數(shù)值大于 0 時，表示信號量為 signaled 狀態(tài)；當計數(shù)值等于 0 時，表示信號量為 nonsignaled 狀態(tài)。所以，PsWaitForSemaphore 函數(shù)中原有的代碼段Semaphore->Count-;if (Semaphore->Count < 0) PspWait(&Semaphore->WaitListHead, INFINITE);應被修改為：先用計數(shù)值和 0 比較，當計數(shù)值大于 0 時，將計數(shù)值減 1 后直接返回成功；當計數(shù)值等于 0 時，調用 PspWait 函數(shù)阻塞線程的執(zhí)行（將參數(shù) Milliseco

47、nds 做為 PspWait 函數(shù)的第二個參數(shù)，并使用 PspWait 函數(shù)的返回值做為返回值）。修改 PsReleaseSemaphore 函數(shù)：使用 ReleaseCount 做為計數(shù)器的循環(huán)體，來替換 PsReleaseSemaphore 函數(shù)中原有的代碼段Semaphore->Count+;if (Semaphore->Count <= 0) PspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead, STATUS_SUCCESS);在循環(huán)體中完成下面的工作：1. 如果被阻塞的線程數(shù)量大于等于 ReleaseCount，則循環(huán)結束后，

48、有 ReleaseCount 個線程會被喚醒，而且信號量計數(shù)的值仍然為 0；2. 如果被阻塞的線程數(shù)量（可以為 0）小于 ReleaseCount，則循環(huán)結束后，所有被阻塞的線程都會被喚醒，并且信號量的計數(shù)值ReleaseCount之前被阻塞線程的數(shù)量之前信號量的計數(shù)值。代碼：對PsWaitForSemaphore的修改PsWaitForSemaphore(IN PSEMAPHORE Semaphore, IN ULONG Milliseconds) STATUS value;BOOL IntState;ASSERT(KeGetIntNesting() = 0); / 中斷環(huán)境下不能調用此函數(shù)

49、。IntState = KeEnableInterrupts(FALSE); / 開始原子操作，禁止中斷。/ 目前僅實現(xiàn)了標準記錄型信號量，不支持超時喚醒功能，所以 PspWait 函數(shù)的第二個參數(shù)的值只能是 INFINITE。if (Semaphore->Count > 0) Semaphore->Count-;Status = STATUS_SUCCESS;else Status = PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds);KeEnableInterrupts(IntState); / 原子操作完成，恢

50、復中斷。return Status; 分析：上面函數(shù)代碼中加黑部分是修改的內(nèi)容，首先判斷信號量的值是否大于0，如果大于零將消耗一個單位的信號量，并且返回消耗成功，否則進行超時等待，并將此等待的狀態(tài)輸出。原代碼僅僅實現(xiàn)了成功時的功能，未進行超時等待。對PsReleaseSemaphore 函數(shù)的修改while(i<ReleaseCount) if(ListIsEmpty(&Semaphore->WaitListHead) break; i+; PspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead, STATUS_SUCCESS); if(

51、i>=ReleaseCount) Semaphore->Count=0; if(i<ReleaseCount) Semaphore->Count=ReleaseCount-i+(Semaphore->Count);分析：上述代碼加黑部分是添加的內(nèi)容，主要是喚醒超時等待的進程。當被阻塞的進程的數(shù)量小于釋放數(shù)量時，判斷信號量的等待隊列是否為空，是空的則退出該循環(huán)，否則喚醒該進程，并且返回成功狀態(tài)。如果被阻塞的線程數(shù)量（可以為 0）小于 ReleaseCount，則循環(huán)結束后，所有被阻塞的線程都會被喚醒，并且信號量的計數(shù)值ReleaseCount之前被阻塞線程的數(shù)量之前

52、信號量的計數(shù)值。對Producer函數(shù)的修改，添加以下代碼：while(WAIT_TIMEOUT = WaitForSingleObject(EmptySemaphoreHandle, 300) printf("Producer wait for empty semaphore timeoutn"); 分析：該代碼功能是當Empty信號量超時等待的時間超過300ms時，輸出Producer wait for empty semaphore timeout，通過控制臺顯示可以判斷超時等待是否添加成功。對Consumer函數(shù)的修改，添加一下代碼：while(WAIT_TIMEO

53、UT = WaitForSingleObject(FullSemaphoreHandle, 300) printf("Consumer wait for full semaphore timeoutn");分析：添加的代碼是Full信號量的超時等待，時間同樣是300ms，如果等待時間查過300ms，就輸出Consumer wait for full semaphore timeout，表示沒有資源可以消耗測試和結果：添加完代碼后，重新生成debug項目，使用修改完畢的 EOS Kernel 項目生成完全版本的 SDK 文件夾，并覆蓋之前的生產(chǎn)者消費者應用程序項目的 SDK

54、文件夾，選擇調試，運行結果如圖：等待空信號量等待full信號量3 其他需要說明的問題 （1）思考在 ps/semaphore.c 文件內(nèi)的 PsWaitForSemaphore 和PsReleaseSemaphore 函數(shù)中，為什么要使用原子操作？ 答：在執(zhí)行PsWaitForSemaphore和PsReleaseSemaphore函數(shù)的時候，不允許cpu響應外部中斷，如果此時cpu響應了外部中斷，會產(chǎn)生不可預料的結果，可能會產(chǎn)生死鎖，無法正常完成函數(shù)的功能。  （2）繪制 ps/semaphore.c 文件內(nèi) PsWaitForSemaphore 和 PsReleaseSemaph

55、ore 函數(shù)的流程圖。 答：實驗三 時間片輪轉調度（5分）1 實驗目的和要求目的：理解進程（線程）調度的執(zhí)行時機和過程，掌握調度程序實現(xiàn)的基本方法。要求：（1）跟蹤調試EOS的線程調度程序，分析EOS基于優(yōu)先級的搶占式調度的源代碼；（2）修改EOS的調度程序，添加時間片輪轉調度。2 完成的實驗內(nèi)容2.1 EOS基于優(yōu)先級的搶占式調度工作過程的跟蹤與源代碼分析（分析EOS基于優(yōu)先級的搶占式調度的核心源代碼，簡要闡述其實現(xiàn)方法；給出在本部分實驗過程中完成的主要工作，包括調試、跟蹤與思考等）本次實驗中的核心源代碼是ke/sysproc.c 文件中第 690 行的ConsoleCmdRoundRobin 函數(shù)及該函數(shù)用到的第 649 行的ThreadFunction 函數(shù)和第 642 行的 THREAD_PARAMETER 結構體，下面是ConsoleCmdRoundRobin的新建的20個優(yōu)先級為8的進程的代碼：/ 新建 20 個優(yōu)先級為 8 的線程。關閉中斷從而保證新建的線程不會