操作系统实验5.doc

操作系统实验报告——进程同步 本实验旨在通过EOS操作系统实验，深入理解进程同步的概念，并通过编程实现生产者-消费者问题，同时研究EOS信号量的工作机制。实验主要包括以下几部分： 1. **生产者-消费者问题**：这是一个经典的多线程同步问题，其中生产者线程负责生成产品并放入缓冲池，消费者线程则负责从缓冲池中取出并消费产品。为了保证数据的一致性，需要确保生产者不会在缓冲池满时继续生产，消费者也不会在缓冲池空时尝试消费。 2. **EOS信号量**：实验使用EOS的信号量机制来实现进程同步。信号量是一种同步原语，可以用于控制对共享资源的访问。在实验中，创建了两个信号量：Empty表示空缓冲区的数量，Full表示已填充的缓冲区数量。 3. **信号量初始化与调试**：通过`CreateSemaphore`函数创建信号量，并在调试器中跟踪`PsInitializeSemaphore`函数，理解信号量结构体的初始化过程。接着，观察`PsWaitForSemaphore`（等待信号量）和`PsReleaseSemaphore`（释放信号量）函数的执行，分析信号量计数的变化，以及等待和唤醒行为。 4. **信号量等待与释放**：实验中详细描述了等待和释放信号量的步骤，包括阻塞和非阻塞情况。例如，当缓冲池满时，生产者线程会因等待Empty信号量而被阻塞，直到消费者消费产品并释放Full信号量，生产者才能被唤醒继续生产。 5. **支持等待超时**：原实验的信号量不支持等待超时，即线程等待信号量时无法设置一个等待时间限制。实验的扩展目标是修改EOS的信号量算法，添加对有限等待的支持，使得线程在等待超时后能够自动唤醒，进一步增强系统的响应性。 在实际操作中，开发者需要修改`PsWaitForSemaphore`函数，使其接受一个超时参数，并在等待过程中检查是否达到设定的时间限制。如果超时，线程应被唤醒并返回相应的状态，如`WAIT_TIMEOUT`。 6. **调试技巧**：实验中使用了调试工具来观察调用堆栈，跟踪变量变化，以理解线程的执行流程和信号量的状态转换。这对于理解操作系统内核级别的同步机制至关重要。 通过这个实验，学生不仅能掌握进程同步的基本原理，还能通过实践了解操作系统底层的同步实现，对于提升操作系统理解和编程能力具有很大帮助。此外，修改信号量算法以支持等待超时，有助于学生深入理解多线程环境下并发控制的复杂性和重要性。