操作系统实验报告

课程设计(综合实验)报告

( 2014-- 2015年度第一学期)

名 称： 操作系统综合实验 题 目： OS lab 综合实验 院 系： 计算机系 班 级： 计科1202 学 号： 学生姓名：

指导教师： 赵文清 王新颖 设计周数： 第八、九周

成 绩：

日期：2014 年 10月29日

实验3 进程的创建

一、 实验目的

练习使用EOS API函数CreateProcess创建一个进程，掌握创建进程的方法，理解进程和程序的区别。

调试跟踪CreateProcess函数的执行过程，了解进程的创建过程，理解进程是资源分配的单位。 二、 实验内容 1 准备实验

2 练习使用控制台命令创建EOS应用程序的进程

3 练习通过编程的方式让应用程序创建另一个应用程序的进程 4 调试CreateProcess函数 5 调试PsCreateProcess函数

6 练习通过编程的方式创建应用程序的多个进程

三、问题答案及参考代码

1. 在源代码文件NewTwoProc.c提供的源代码基础上进行修改，要求使用hello.exe同时创建10个进程。提示：可以使用PROCESS_INFORMATION类型定义一个有10个元素的数组，每一个元素对应一个进程。使用一个循环创建10个子进程，然后再使用一个循环等待10个子进程结束，得到退出码后关闭句柄。

STARTUPINFO StartupInfo;

PROCESS_INFORMATION ProcInfo[10]; ULONG ulExitCode; INT nResult=0;。 int

i,j;//#ifdef_DEBUG__asm(\

$3\\n

nop\

printf(\StartupInfo.StdInput = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE); StartupInfo.StdOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE); StartupInfo.StdError = GetStdHandle(STD_ERROR_HANDLE); for(i =0; i < 10; i++)

if(CreateProcess(\

else {

for(j = 0; j < i; j++){

WaitForSingleObject(ProcInfo[j].ProcessHandle, INFINITE);

GetExitCodeProcess(ProcInfo[j].ProcessHandle,

printf(\ CloseHandle(ProcInfo[j].ProcessHandle);

CloseHandle(ProcInfo[j].ThreadHandle); }

printf(\

GetLastError());

nResult = 1;

return nResult; } for(i=0;i<10;i++){

WaitForSingleObject(ProcInfo[i].ProcessHandle, INFINITE);

GetExitCodeProcess(ProcInfo[i].ProcessHandle, &ulExitCode); } for(i=0i<10;i++){

printf(\CloseHandle(ProcInfo[i].ProcessHandle);

CloseHandle(ProcInfo[i].ThreadHandle); }

return nResult;

&ulExitCode);

}

3. 在PsCreateProcess函数中调用了PspCreateProcessEnvironment函数后又先后调用了PspLoadProcessImage和PspCreateThread函数，学习这些函数的主要功能。能够交换这些函数被调用的顺序吗？思考其中的原因。

PspCreateProcessEnvironment 的主要功能是创建进程控制块，并且为进程创建了地址空间和分配了 句柄表。PspLoadProcessImage 是将进程的可执行映像加载到了进程的地址空间中。PspCreateThread 创建了进程的主线程。这三个函数被调用的顺序是不能够改变的。就向上面描述的加载可执行映像之前必须已经为进程创建了地址空间，这样才能够确定可执行映像可以被加载到内存的什么位置。在创建主线程之 前必须已经加载了可执行映像，这样主线程才能够知道自己要从哪里开始执行，执行哪些指令。因此不能交换他们的顺序。

实验4 线程的状态和转换

一、 实验目的

调试线程在各种状态间的转换过程，熟悉线程的状态和转换。

通过为线程增加挂起状态，加深对线程状态的理解。 二、 实验内容 1 准备实验

2 调试线程状态的转换过程（阻塞—就绪、运行—就绪、就绪—运行、运行—阻塞） 3 为线程增加挂起状态 三、问题答案及参考代码

PsResumThread(IN HANDLE hThread){

STATUS Status; BOOL IntState; PTHREAD Thread;

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

IntState = KeEnableInterrupts(FALSE);

if (Zero == Thread->State) {

ListRemoveEntry(&Thread->StateListEntry); PspReadyThread(Thread); PspThreadSchedule(); Status = STATUS_SUCCESS;} else{

Status = STATUS_NOT_SUPPORTED; } KeEnableInterrupts(IntState);//开中断 ObDerefObject(Thread); }

return Status;

} resume命令执行的效果如图：

1.思考一下，在本实验中，当loop线程处于运行状态时，EOS中还有哪些线程，它们分别处于什么状态。可以使用控制台命令pt查看线程的状态。

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

的密码信息后被释放，如果没有清零就被分配给用户程序，则用户程序就可能从这个物理页中获得重要的密码信息。

3. 观察本实验3.4中使用“vm”命令输出的系统进程的虚拟地址描述符（图15-3），可以看到在2号描述符和3号描述符之间有两个虚拟页的空隙，尝试结合虚拟页的分配和释放说明产生这个空隙的原因。

答：产生的空隙是由于有虚拟页被释放造成的，在EOS启动时有一个初始化线程在初始化完毕后就退出了，线程的堆栈所占用的虚拟页就被释放了。

5. 在本实验3.5中，调用MmAllocateVirtualMemory函数分配虚拟页时只使用了MEM_RESERVE标志，没有使用MEM_COMMIT标志，尝试说明这两个标志的区别。修改代码，在调用MmAllocateVirtualMemory函数时增加使用MEM_COMMIT标志，并调试为虚拟页映射物理页的过程。

答：使用MEM_RESERVE标志分配虚拟页时，没有为其映射实际的物理页。使用MEM_COMMIT表示分配虚拟页时，会为其映射实际的物理页。

实验8 分页存储器管理

一、实验目的

学习i386处理器的二级页表硬件机制，理解分页存储器管理原理。

查看EOS应用程序进程和系统进程的二级页表映射信息，理解页目录和页表的管理方式。

编程修改页目录和页表的映射关系，理解分页地址变换原理。 二、实验内容

1 、准备实验

2 、查看EOS应用程序进程的页目录和页表 三、问题答案及参考代码

1. 观察之前输出的页目录和页表的映射关系，可以看到页目录的第0x300个PDE映射的页框号就是页目录本身，说明页目录被复用为了页表。而恰恰就是这种映射关系决定了4K的页目录映射在虚拟地址空间的0xC0300000-0xC0300FFF,4M的页表映射在0xC0000000-0xC03FFFFF。现在，假设修改了页目录，使其第0x100个PDE映射的页框号是页目录本身，此时页目录和页表会映射在4G虚拟地址空间的什么位置呢？说明计算方法。 答：假设修改了页目录，使其第0x100个PDE映射的页框号是页目录本身，此时页目录和页表会映射在4G虚拟地址空间的什么位置呢？说明计算方法。 页目录：PDE标号0x100做为虚拟地址的高10位，PTE标号0x100做为虚拟地址的12-22位，得到虚拟地址0x 40100000。 页表：PDE标号0x100做为虚拟地址的高10位，PTE标号0x0做为虚拟地址的12-22位，得到虚拟地址0x 40000000。

3. 修改EOSApp.c中的源代码，通过编程的方式统计并输出页目录和页表的数目。注意页目录被复用为页表

答：编写代码将申请到的物理页从二级页表映射中移除，并让内核回收这些物理页。 参见源代码文件MapNewPageEx.c。使用该文件中的ConsoleCmdMemoryMap函数替换ke/sysproc.c中的ConsoleCmdMemoryMap函数即可。在移除映射的物理页时，只需要将PTE/PDE的存在标志位设置为0即可，要先修改PTE，再修改PDE。另外，要注意刷新快表。调用MiFreePages函数即可回收物理页，具体的用法可以参考其函数定义处的注释和源代码(mm/pfnlist.c第248行)。

5. 既然所有1024个页表（共4M）映射在虚拟地址空间的0xC0000000-0xC03FFFFF，为什么不能从页表基址0xC0000000开始遍历，来查找有效的页表呢？而必须先在页目录中查找有效的页表呢？编写代码尝试一下，看看会有什么结果。

答：不能从页表基址0xC0000000开始遍历查找有效的页表因为：只有当一个虚拟地址通过二级页表映射关系能够映射到实际的物理地址时，该虚拟地址才能够被访问，否则会触发异常。由于并不是所有的页表都有效，所以不能从页表基址0xC0000000开始遍历。 6. 学习EOS操作系统内核统一管理未用物理页的方法（可以参考本书第6章的第6.5节）。尝试在本实验第3.5节中ConsoleCmdMemoryMap函数源代码的基础上进行修改，将申请到的物理页从二级页表映射中移除，并让内核回收这些物理页。

参见源代码文件MapNewPageEx.c。使用该文件中的ConsoleCmdMemoryMap函数替换ke/sysproc.c中的ConsoleCmdMemoryMap函数即可。 在移除映射的物理页时，只需要将PTE/PDE的存在标志位设置为0即可，要先修改PTE，再修改PDE。调用MiFreePages函数即可回收物理页，具体的用法可以参考其函数定义处的注释和源代码(mm/pfnlist.c第248行)。

源代码：

ULONG PfnArray[2]; //

// 访问未映射物理内存的虚拟地址会触发异常。 // 必须注释或者删除该行代码才能执行后面的代码。 //

*((PINT)0xE0000000) = 100; //

// 从内核申请两个未用的物理页。

// 由 PfnArray 数组返回两个物理页的页框号。 //

MiAllocateZeroedPages(2, PfnArray);

OutputFormat = \fprintf(StdHandle, OutputFormat, PfnArray[0], PfnArray[1]); KdbPrint(OutputFormat, PfnArray[0], PfnArray[1]); //

// 使用 PfnArray[0] 页做为页表，映射基址为 0xE00000000 的 4M 虚拟地址。 //

IndexOfDirEntry = (0xE0000000 >> 22); // 虚拟地址的高 10 位是 PDE 标号 ((PMMPTE_HARDWARE)0xC0300000)[IndexOfDirEntry].PageFrameNumber PfnArray[0];

((PMMPTE_HARDWARE)0xC0300000)[IndexOfDirEntry].Valid = 1;

// 有效 // 可写

=

((PMMPTE_HARDWARE)0xC0300000)[IndexOfDirEntry].Writable = 1; MiFlushEntireTlb(); //

// 根据 PDE 的标号计算其映射的页表所在虚拟地址的基址 //

PageTableBase = 0xC0000000 + IndexOfDirEntry * PAGE_SIZE; //

// 将 PfnArray[1] 放入页表 PfnArray[0] 的两个 PTE 中， // 分别映射基址为 0xE0000000 和 0xE0001000 的 4K 虚拟地址 //

// 刷新快表

IndexOfTableEntry = (0xE0000000 >> 12) & 0x3FF; // 虚拟地址的 12-22 位是 PTE 标号

((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].PageFrameNumber PfnArray[1];

((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].Valid = 1; ((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].Writable = 1; MiFlushEntireTlb();

// 刷新快表

// 有效 // 可写

=

IndexOfTableEntry = (0xE0001000 >> 12) & 0x3FF; // 虚拟地址的 12-22 位是 PTE 标号

((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].PageFrameNumber PfnArray[1];

((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].Valid = 1;

// 有效

=

((PMMPTE_HARDWARE)PageTableBase)[IndexOfTableEntry].Writable = 1; MiFlushEntireTlb(); // // 测试 //

OutputFormat = \fprintf(StdHandle, OutputFormat, *((PINT)0xE0001000)); KdbPrint(OutputFormat, *((PINT)0xE0001000)); *((PINT)0xE0000000) = 100;

// 写共享内存 // 刷新快表

// 可写

fprintf(StdHandle, OutputFormat, *((PINT)0xE0001000));

KdbPrint(OutputFormat, *((PINT)0xE0001000)); 7. 思考页式存储管理机制的优缺点。 答：优点：

1、由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。

2、动态页式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。这既提高了主存的利用纽，又有利于组织多道程序执行。

缺点：

1、要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。

2、增加了系统开销，例如缺页中断处理机，

3、请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。

4、虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。

实验9 串口设备驱动程序

一、实验目的

调试EOS串口驱动程序向串口发送数据的功能，了解设备驱动程序的工作原理。 为EOS串口驱动程序添加从串口接收数据的功能，进一步加深对设备驱动程序工作原理的理解。

二、实验内容 1 准备实验

2 练习使用EOS应用程序向串口发送数据

3调试EOS串口驱动程序向串口发送数据的功能 4为EOS串口驱动程序添加从串口接收数据的功能

三、 问题答案及参考代码

在向串口发送数据时可以不使用缓冲区，将SrlWite函数体修改为 {

CHAR Data; ULONG Cout;

PDEVICE_EXTENSION Ext=

(PDEVICE_EXTENSION)DeviceObject->DeviceExtension; PsResetEvent(&Ext->CompietionEvent) ; For(Count=0 ;Count

Data=((PCHAR)Buffer)[count];

WRITE_PORT_UCHAR(REG_PORT(DeviceObjict,THR),Date); PsWaitForEven(&Ext->CompletionEvent,INFINITE); }

*Result=Count;

Return STATUS_SUCCESS; }

4.在io/driver/serial.c文件的SrlRead函数中，访问接收数据缓冲区时必须关闭中断，思考这样做的原因。在SrlWrite函数中访问缓冲区时为什么不需要关闭中断呢？思考中断在设备I/O中的重要作用和意义。

答：由于SrlWrite函数和Srllsr函数对发送数据缓冲区的访问是同步进行的，在SrlWrite函数中访问发送数据缓冲区时就不需要关闭中断了。

使用中断方式可以让进程在等待硬件设备的响应时让出处理器，调度程序会选择其他进程在处理器上继续执行，从而提高处理器的利用率，并支持多道程序和I/0设备并行操作。同时，由于中断方式是异步执行的，所以在访问临界资源时需要进行同步。

实验10 磁盘调度算法

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2zb8.html