操作系统实验报告

操作系统实验报告

20##年12月25日

实验一线程的状态和转换（5分）

1 实验目的和要求

目的：熟悉线程的状态及其转换，理解线程状态转换与线程调度的关系。

要求：

（1）跟踪调试EOS线程在各种状态间的转换过程，分析EOS中线程状态及其转换的相关源代码；

（2）修改EOS的源代码，为线程增加挂起状态。

2 完成的实验内容

2.1 EOS线程状态转换过程的跟踪与源代码分析

（分析EOS中线程状态及其转换的核心源代码，说明EOS定义的线程状态以及状态转换的实现方法；给出在本部分实验过程中完成的主要工作，包括调试、跟踪与思考等）

EOS定义的线程状态在ps/psp.h的THREAD_STATE枚举中，包含Zero（线程状态转换过程中的中间状态）、Ready（就绪）、Running（运行）、Waiting（等待）、Terminated （结束）。

线程在不同的状态间相互转换时，通过调用ps/sched.c文件中的下面几个函数完成：PspReadyThread（将指定线程插入其优先级对应的就绪队列的队尾，并修改其状态码为Ready）、PspUnreadyThread（将指定线程从就绪队列中移除，并修改其状态码为Zero）、PspWait（将当前运行线程插入指定等待队列的队尾，并修改状态码为Waiting，然后执行线程调度）、PspUnwaitThread（将阻塞线程从其所在的等待队列中移除，并修改其状态码为Zero）、PspWakeThread（调用PspUnwaitThread 函数使线程脱离阻塞状态，然后调用PspReadyThread函数使线程进入就绪状态，从而唤醒被阻塞的线程）、PspSelectNextThread（使被抢先的线程从运行状态进入就绪状态，并决定哪个就绪线程应该进入运行状态）。

实验中通过对上述函数添加断点，通过EOS的loop命令观察线程状态的变化、使用pt命令查看各线程状态。

2.2为线程增加挂起状态的实现

（给出实现方法的简要描述、源代码、测试和结果等）

在psp.h中为THREAD_STATE添加Hang作为挂起状态的标志：

typedef enum _THREAD_STATE {

Zero, // 0

Ready, // 1

Running, // 2

Waiting, // 3

Terminated, // 4

Hang // 5

} THREAD_STATE;

修改psspng.c中PsSuspendThread函数如下：

{

STATUS Status;

BOOL IntState;

PTHREAD Thread;

Status = ObRefObjectByHandle(hThread, PspThreadType, (PVOID*)&Thread);

if (EOS_SUCCESS(Status)) {

IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);

if (Ready == Thread->State) {

PspUnreadyThread(Thread);

Thread->State = Hang; //修改为挂起状态

ListInsertTail(&SuspendListHead, &Thread->StateListEntry);

Status = STATUS_SUCCESS;

} else {

Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;

}

KeEnableInterrupts(IntState);

ObDerefObject(Thread);

}

return Status;

}

修改PsResumThread函数如下：

STATUS Status;

BOOL IntState;

PTHREAD Thread;

Status = ObRefObjectByHandle(hThread, PspThreadType, (PVOID*)&Thread);

if (EOS_SUCCESS(Status)) {

IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);

if (Hang == Thread->State) {

Thread->State = Zero; //恢复为zero状态

ListRemoveEntry(&Thread->StateListEntry); //从挂起列队删除

PspReadyThread(Thread); //加入到就绪列队

PspThreadSchedule(); //调度线程

Status = STATUS_SUCCESS;

} else {

Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;

}

KeEnableInterrupts(IntState);

ObDerefObject(Thread);

}

return Status;

}

在sysproc.c中修改ConsoleCmdProcAndThread函数为pt命令添加Hang显示：

switch(pThread->State) {

case Zero:

ThreadState = "Zero ";

break;

case Ready:

ThreadState = "Ready ";

break;

case Running:

ThreadState = "Running ";

break;

case Waiting:

ThreadState = "Waiting ";

break;

case Terminated:

ThreadState = "Terminated";

break;;

case Hang:

ThreadState = "Hang";

break;;

default:

ThreadState = "Undefined ";

}

测试用suspend命令挂起loop命令的线程后，loop的循环暂停。pt中查看loop的线程状态变为Hang。之后用resume命令恢复loop线程，循环恢复，pt中查看loop线程状态为Ready。

3 其他需要说明的问题

在pt中还列出了loop的31号线程以外的多个系统线程。其中loop线程状态不是Running而是Ready是因为EOS是单处理器系统，执行pt命令时pt的线程成为Running而loop线程进入就绪状态变为Ready。

EOS使用KeEnableInterrupts开关中断来实现原语操作。

实验二进程的同步（7分）

1 实验目的和要求

目的：理解进程同步的原理和意义，掌握信号量的实现方法和应用。

要求：

（1）使用EOS的信号量，实现生产者-消费者问题；

（2）跟踪调试EOS信号量的工作过程，分析EOS信号量实现的源代码；

（3）修改EOS信号量的实现代码，使之支持等待超时唤醒和批量释放功能。

2 完成的实验内容

2.1 使用EOS的信号量实现生产者-消费者问题

（简要说明使用EOS的信号量解决生产者-消费者问题的实现方法；给出在本部分实验过程中完成的主要工作，包括调试、跟踪、测试与思考等）

EOS使用CreateThread函数创建线程，使用CreateMutex、CreateSemaphore创建信号量。WaitForSingleObject与ReleaseMutex、ReleaseSemaphore函数相当于P、V原语。

实验通过跟踪调试试验程序pc.c观察EOS的进程同步方法。pc.c实现的生产者-消费者如下图。

2.2 EOS信号量工作过程的跟踪与源代码分析

（分析EOS信号量实现的核心源代码，简要阐述其实现方法；给出在本部分实验过程中完成的主要工作，包括调试、跟踪与思考等）

EOS的P、V原语实现是PsWaitForSemaphore、PsReleaseSemaphore，这两个函数使用KeEnableInterrupts开关中断来实现原语操作。

EOS通过CreateMutex、CreateSemaphore创建信号量，有两种状态signaled和nonsignaled，线程对处于nonsignaled状态的同步对象执行Wait操作将会被阻塞，直到同步对象的状态变为signaled。

2.3支持等待超时唤醒和批量释放功能的EOS信号量实现

（给出实现方法的简要描述、源代码、测试和结果等）

修改PsWaitForSemaphore函数如下添加支持超时。

STATUS

PsWaitForSemaphore(

IN PSEMAPHORE Semaphore,

IN ULONG Milliseconds

)

{

BOOL IntState;

ASSERT(KeGetIntNesting() == 0);

IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);

STATUS ret;

if (Semaphore->Count > 0) {

Semaphore->Count--;

ret = STATUS_SUCCESS;

} else {

ret = PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds);

}

KeEnableInterrupts(IntState); /

return ret;

}

修改PsReleaseSemaphore函数如下添加批量释放支持。

STATUS

PsReleaseSemaphore(

IN PSEMAPHORE Semaphore,

IN LONG ReleaseCount,

OUT PLONG PreviousCount

)

{

STATUS Status;

BOOL IntState;

IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);

if (Semaphore->Count + ReleaseCount > Semaphore->MaximumCount) {

Status = STATUS_SEMAPHORE_LIMIT_EXCEEDED;

} else {

if (NULL != PreviousCount) {

*PreviousCount = Semaphore->Count;

}

int i;

for(i = ReleaseCount; i--;) {

Semaphore->Count++;

if (Semaphore->Count <= 0) {

PspWakeThread(&Semaphore->WaitListHead, STATUS_SUCCESS);

}

PspThreadSchedule();

Status = STATUS_SUCCESS;

}

KeEnableInterrupts(IntState);

return Status;

}

修改后使用新的pc.c进行测试，生产者会提示“Producer wait for empty semaphore timeout”说明超时唤醒成功，消费者会提示“Consumer wait for full semaphore timeout"直到一次消费2个产品说明批量释放成功。

3 其他需要说明的问题

实验三时间片轮转调度（5分）

1 实验目的和要求

目的：理解进程（线程）调度的执行时机和过程，掌握调度程序实现的基本方法。

要求：

（1）跟踪调试EOS的线程调度程序，分析EOS基于优先级的抢占式调度的源代码；

（2）修改EOS的调度程序，添加时间片轮转调度。

2 完成的实验内容

2.1 EOS基于优先级的抢占式调度工作过程的跟踪与源代码分析

（分析EOS基于优先级的抢占式调度的核心源代码，简要阐述其实现方法；给出在本部分实验过程中完成的主要工作，包括调试、跟踪与思考等）

实验使用EOS提供的rr命令观察时间片的轮转。

EOS创建一个PspReadyListHeads数组保存32个双向链表头实现有32个优先级的优先级队列管理。同时，EOS用PspReadyBitmap描述32位就绪位图来说明非空就绪列队。

EOS使用Interrupt函数进行统一的中断处理，在其中使用PspSelectNextThread函数完成线程的调度。调度过程如下图：

2.2为EOS添加时间片轮转调度的实现

（给出实现方法的简要描述、源代码、测试和结果等）

修改PspRoundRobin函数如下：

VOID

PspRoundRobin(

VOID

)

{

if (NULL == PspCurrentThread || Running != PspCurrentThread->State) {

return;

}

PspCurrentThread->RemainderTicks--;

if(PspCurrentThread->RemainderTicks > 0) {

return;

}

PspCurrentThread->RemainderTicks = TICKS_OF_TIME_SLICE;

if(0 == BIT_TEST(PspReadyBitmap, PspCurrentThread->Priority)) {

return;

}

PspReadyThread(PspCurrentThread);

return;

}

修改后rr命令能够进行20个线程的轮转。

3 其他需要说明的问题

第二篇：操作系统实验报告三

《操作系统原理》实验报告

实验序号：　　三　　　　　　　　实验项目名称：Windows基本进程管理

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