操作系统实验报告

2.当loop线程在控制台1中执行，并且在控制台2中执行suspend命令时，为什么控制台1中的loop线程处于就绪状态而不是运行状态？

答：当在控制台2 中执行suspend命令时，实质上是优先级为24的控制台2线程抢占了处理器，也就是控制台2线程处于运行状态，所以此时loop线程处于就绪状态了。 4. 总结一下在图5-3中显示的转换过程，哪些需要使用线程控制块中的上下文（将线程控制块中的上下文恢复到处理器中，或者将处理器的状态复制到线程控制块的上下文中），哪些不需要使用，并说明原因。

答：一个进程在运行过程中或执行系统调用，或产生了一个中断事件，处理器都进行一次模式切换，操作系统接收控制权，有关系统例程完成必须的操作后，或恢复被中断进程或切换到新进程。当系统调度新进程占有处理器时，新老进程随之发生上下文切换，因此，进程的运行被认为是在进程的上下文中执行，这时的控制权在操作系统手中，它在完成必要的操作后，可以恢复被中断的进程或切换到别的进程。

实验5 进程的同步

一、 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。 二、 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 4、 修改EOS的信号量算法 if (Semaphore->Count>0){ 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 else

flag=PspWait(&Semaphore->WaitListHead, Milliseconds); KeEnableInterrupts(IntState); // 原子操作完成，恢复中断。 return flag;

}//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

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;} int mm=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:} 三、问题答案及参考代码

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：在执行释放信号量和等待信号量时，是不允许CPU响应外部中断的，否则，会产生不可预料的结果。

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：调试方案如下： 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。

实验6 时间片轮转调度

一、实验目的

调试EOS的线程调度程序，熟悉基于优先级的抢先式调度。 为EOS添加时间片轮转调度，了解其它常用的调度算法。 二、实验内容 1 、准备实验

2、 阅读控制台命令“rr”相关的源代码 3、调试线程调度程序

4 、为EOS添加时间片轮转调度 VOID

PspRoundRobin(VOID) {

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

PspCurrentThread->RemainderTicks--; if(0==PspCurrentThread->RemainderTicks){

PspCurrentThread->RemainderTicks=TICKS_OF_TIME_SLICE; if(BIT_TEST(PspReadyBitmap, PspCurrentThread->Priority)) {PspReadyThread(PspCurrentThread);}}

二、 问题答案及参考代码

1. 结合线程调度执行的时机，说明在ThreadFunction函数中，为什么可以使用“关中断”和“开中断”的方法来保护控制台这种临界资源。一般情况下，应该使用互斥信号量（MUTEX）来保护临界资源，但是在ThreadFunction函数中却不能使用互斥信号量，而只能使用“关中断”和“开中断”的方法，结合线程调度的对象说明这样做的原因。

答：关中断后CPU就不会响应任何由外部设备发出的硬中断（包括定时计数器中断和键盘中断等）了，也就不会发生线程调度了，从而保证各个线程可以互斥的访问控制台。这里绝对不能使用互斥信号量（mutex）保护临界资源的原因：如果使用互斥信号量，则那些由于访问临界区而被阻塞的线程，就会被放入互斥信号量的等待队列，就不会在相应优先级的就绪列中了，而时间轮转调度算法是对就绪队列的线程进行轮转调度，而不是对这些被阻塞的线程进行调度，也就无法进行实验了。使用“关中断”和“开中断”进行同步就不会改变线程的状态，可以保证那些没有获得处理器的线程都在处于就绪队列中。

3.使用低优先级线程也能获得执行机会的调度算法：在ke/sysproc.c文件中的ConsoleCmdRoundRobin函数调用Sleep函数语句的后面添加下面的语言，即可以演优先级线程抢占处理器后，低优先级线程无法运行的情况，待高优先级线程结束后，低优先级线程才能够继续运行。

HANDLE ThreadHandle;

THREAD_PARAMETER ThreadParameter; _asm(“cli”);

ThreadParameter.Y=20;

ThreadParameter.StdHandle=StdHandle; ThreadParameter=(HANDLE)CreateThread{

0,ThreadFunction,(PVOID)&ThreadParameter,0,NULL); PsSetThreadPriority(ThreeadHandle,9); _asm(“sti”); Sleep(10*1000);

TerminateThread(ThreadHandle,0); CloseHandle(ThreadHandle); Sleep(10*1000);

解决该问题的最简单的方法是实现动态优先级算法。动态优先级是指在创建进程时所赋予的优先级，可以随线程的推进而改变，以便获得良好的调度性能。例如，可用规定，在就绪队列中的线程，随着其等待时间的增长，其优先级以速率X增加，并且正在执行的线程，其优先级以速率y下降。这样，在各个线程具有不同优先级的情况下，对于优先级低的线程，在等待足够的时间后，其优先级便可能升为最高，从而获得被执行的机会。此时，在基于优先级的抢占式调度算法、时间片轮转调度算法和动态优先级算法的共同作用下，可防止一个高优先级的长作业长期的垄断处理器。

4.EOS内核时间片大小取60ms（和Windows操作系统完全相同），在线程比较多时，就可以观察出线程轮流执行的情况（因为此时一次轮转需要60ms，20个线程轮流执行一次需要60×20＝1200ms，也就是需要1秒多的时间，所以EOS的控制台上可以清楚地观察到线程轮流执行的情况）。但是在Windows、Linux等操作系统启动后，正常情况下都有上百个线程在并发执行，为什么觉察不到它们被轮流执行， 并且每个程序都运行的很顺利呢？

答：在Windows、linux等操作系统中，虽然都提供了时间片轮转调度算法却很少真正被派上用场，下面解释原因，在Windows任务管理器中，即使系统中已经运行了数百个线程，