操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)三

1、.操作系統(tǒng)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程編號(hào)0906553實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱進(jìn)程的創(chuàng)建學(xué)號(hào)年級(jí)姓名專業(yè)學(xué)生所在學(xué)院指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)室名稱地點(diǎn) 哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第三講 進(jìn)程的創(chuàng)建一、實(shí)驗(yàn)概述1. 實(shí)驗(yàn)名稱進(jìn)程的創(chuàng)建2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 練習(xí)使用EOS API函數(shù)CreateProcess創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，掌握創(chuàng)建進(jìn)程的方法，理解進(jìn)程和程序的區(qū)別。 l 調(diào)試跟蹤C(jī)reateProcess函數(shù)的執(zhí)行過程，了解進(jìn)程的創(chuàng)建過程，理解進(jìn)程是資源分配的單位。 3. 實(shí)驗(yàn)類型設(shè)計(jì)4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn) 按照下面的步驟準(zhǔn)備本次實(shí)驗(yàn)： 1. 啟動(dòng)OS Lab。 2. 新建一個(gè)EOS Kernel項(xiàng)

2、目。 3. 分別使用Debug配置和Release配置生成此項(xiàng)目，從而在該項(xiàng)目文件夾中生成完全版本的EOS SDK文件夾。 4. 新建一個(gè)EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目。 5. 使用在第3步生成的SDK文件夾覆蓋EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目文件夾中的SDK文件夾。 4.2 練習(xí)使用控制臺(tái)命令創(chuàng)建EOS應(yīng)用程序的進(jìn)程 練習(xí)使用控制臺(tái)命令創(chuàng)建EOS應(yīng)用程序進(jìn)程的具體步驟如下： 1. 在EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目的“項(xiàng)目管理器”窗口中雙擊Floppy.img文件，使用FloppyImageEditor工具打開此軟盤鏡像文件。 2. 將本實(shí)驗(yàn)文件夾中的Hello.exe文件拖動(dòng)到FloppyImageEditor工具窗口的文件列表

3、中釋放，Hello.exe文件即被添加到軟盤鏡像文件中。Hello.exe一個(gè)EOS應(yīng)用程序，其源代碼可以參見本實(shí)驗(yàn)文件夾中的Hello.c源文件。 3. 在FloppyImageEditor中選擇“文件”菜單中的“保存”后關(guān)閉FloppyImageEditor。 4. 按F7生成EOS應(yīng)用項(xiàng)目。 5. 按F5啟動(dòng)調(diào)試。OS Lab會(huì)彈出一個(gè)調(diào)試異常對(duì)話框，并中斷應(yīng)用程序的執(zhí)行。 6. 在調(diào)試異常對(duì)話框中選擇“否”，忽略異常繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序。 7. 激活虛擬機(jī)窗口，待該應(yīng)用程序執(zhí)行完畢后，在EOS的控制臺(tái)中輸入命令“A:Hello.exe”后回車。 8. Hello.exe應(yīng)用程序開始執(zhí)行，觀

4、察其輸出。 9. 待Hello.exe執(zhí)行完畢后可以重復(fù)第7步，或者結(jié)束此次調(diào)試。 4.3 練習(xí)通過編程的方式讓應(yīng)用程序創(chuàng)建另一個(gè)應(yīng)用程序的進(jìn)程 使用OS Lab打開本實(shí)驗(yàn)文件夾中的NewProc.c文件（將此文件拖動(dòng)到OS Lab窗口中釋放即可），仔細(xì)閱讀此文件中的源代碼和注釋。 按照下面的步驟查看應(yīng)用程序創(chuàng)建另一個(gè)應(yīng)用程序的進(jìn)程的執(zhí)行結(jié)果： 1. 使用NewProc.c文件中的源代碼替換之前創(chuàng)建的EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目中的EOSApp.c文件內(nèi)的源代碼。 2. 按F7生成修改后的EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目。 3. 按F5啟動(dòng)調(diào)試。OS Lab會(huì)首先彈出一個(gè)調(diào)試異常對(duì)話框。 4. 在調(diào)試異常對(duì)話框中選擇

5、“否”，繼續(xù)執(zhí)行。 5. 激活虛擬機(jī)窗口查看應(yīng)用程序輸出的內(nèi)容。可以看到父進(jìn)程（EOSApp.exe）首先開始執(zhí)行并輸出內(nèi)容，父進(jìn)程創(chuàng)建了子進(jìn)程（Hello.exe）后，子進(jìn)程開始執(zhí)行并輸出內(nèi)容，待子進(jìn)程結(jié)束后父進(jìn)程再繼續(xù)執(zhí)行。 6. 結(jié)束此次調(diào)試。 4.4 調(diào)試CreateProcess函數(shù) 按照下面的步驟調(diào)試CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程的過程： 1. 按F5啟動(dòng)調(diào)試EOS應(yīng)用程序，OS Lab會(huì)首先彈出一個(gè)調(diào)試異常對(duì)話框。 2. 選擇“是”調(diào)試異常，調(diào)試會(huì)中斷。 3. 在main函數(shù)中調(diào)用CreateProcess函數(shù)的代碼行（第57行）添加一個(gè)斷點(diǎn)。 4. 按F5繼續(xù)調(diào)試，在斷

6、點(diǎn)處中斷。 5. 按F11調(diào)試進(jìn)入CreateProcess函數(shù)。此時(shí)已經(jīng)開始進(jìn)入EOS內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試。 當(dāng)EOS應(yīng)用程序eosapp.exe存儲(chǔ)在軟盤上的時(shí)候，它是靜態(tài)的，只包含應(yīng)用程序的指令和數(shù)據(jù)。而創(chuàng)建進(jìn)程后，進(jìn)程不但包含應(yīng)用程序的指令和數(shù)據(jù)，也會(huì)包含操作系統(tǒng)內(nèi)核（kernel.dll）的指令和數(shù)據(jù)（參見圖5-1）。同時(shí)，圖11-4也說明了一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)程序，該進(jìn)程包含了eosapp.exe和kernel.dll兩個(gè)程序。 可以按照下面的步驟來分別驗(yàn)證應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核在進(jìn)程的4G虛擬地址空間中所處的位置： 1. 由于此時(shí)在內(nèi)核的CreateProcess函數(shù)內(nèi)中斷執(zhí)行，所以在“

7、調(diào)試”菜單的“窗口”中選擇“反匯編”，會(huì)在“反匯編”窗口中顯示CreateProcess函數(shù)的指令對(duì)應(yīng)的反匯編代碼?！胺磪R編”窗口的左側(cè)顯示的是指令所在的虛擬地址。可以看到所有指令的虛擬地址都大于0x80000000，說明內(nèi)核（kernel.dll）處于高2G的虛擬地址空間中。 2. 在“調(diào)用堆?！贝翱谥须p擊main函數(shù)項(xiàng)，設(shè)置main函數(shù)的調(diào)用堆棧幀為活動(dòng)的。在“反匯編”窗口中查看main函數(shù)的指令所在的虛擬地址都是小于0x80000000，說明應(yīng)用程序（eosapp.exe）處于低2G的虛擬地址空間中。 3. 在“調(diào)用堆?！贝翱谥须p擊CreateProcess函數(shù)項(xiàng)，重新設(shè)置CreateP

8、rocess函數(shù)的調(diào)用堆棧幀為活動(dòng)的。關(guān)閉“反匯編”窗口。 接下來觀察eosapi.c文件中CreateProcess函數(shù)的源代碼，可以看到此函數(shù)只是調(diào)用了EOS內(nèi)核函數(shù)PsCreateProcess并將創(chuàng)建進(jìn)程所用到的參數(shù)傳遞給了此函數(shù)。所以，按F11可以調(diào)試進(jìn)入create.c文件中的PsCreateProcess函數(shù)，在此函數(shù)中才開始執(zhí)行創(chuàng)建進(jìn)程的各項(xiàng)操作。4.5 調(diào)試PsCreateProcess函數(shù) 創(chuàng)建進(jìn)程最主要的操作就是創(chuàng)建進(jìn)程控制塊(PCB),并初始化其中的各種信息（也就是為進(jìn)程分配各種資源）。所以在PsCreateProcess函數(shù)中首先調(diào)用了PspCreateProcess

9、Environment函數(shù)來創(chuàng)建進(jìn)程控制塊。 調(diào)試PspCreateProcessEnvironment函數(shù)的步驟如下： 1. 在PsCreateProcess函數(shù)中找到調(diào)用PspCreateProcessEnvironment函數(shù)的代碼行（create.c文件的第163行），并在此行添加一個(gè)斷點(diǎn)。 2. 按F5繼續(xù)調(diào)試，到此斷點(diǎn)處中斷。 3. 按F11調(diào)試進(jìn)入PspCreateProcessEnvironment函數(shù)。 由于PspCreateProcessEnvironment函數(shù)的主要功能是創(chuàng)建進(jìn)程控制塊并初始化其中的部分信息，所以在此函數(shù)的開始，定義了一個(gè)進(jìn)程控制塊的指針變量NewPro

10、cess。在此函數(shù)中查找到創(chuàng)建進(jìn)程控制塊的代碼行（create.c文件的第418行）Status = ObCreateObject( PspProcessType, NULL, sizeof(PROCESS) + ImageNameSize + CmdLineSize, 0, (PVOID*)&NewProcess ); 這里的ObCreateObject函數(shù)會(huì)在由EOS內(nèi)核管理的內(nèi)存中創(chuàng)建了一個(gè)新的進(jìn)程控制塊（也就是分配了一塊內(nèi)存），并由NewProcess返回進(jìn)程控制塊的指針（也就是所分配內(nèi)存的起始地址）。 按照下面的步驟調(diào)試進(jìn)程控制塊的創(chuàng)建過程： 1. 在調(diào)用ObCreateObject

11、函數(shù)的代碼行（create.c文件的第418行）添加一個(gè)斷點(diǎn)。 2. 按F5繼續(xù)調(diào)試，到此斷點(diǎn)處中斷。 3. 按F10執(zhí)行此函數(shù)后中斷。 4. 此時(shí)為了查看進(jìn)程控制塊中的信息，將表達(dá)式*NewProcess添加到“監(jiān)視”窗口中。 5. 將鼠標(biāo)移動(dòng)到“監(jiān)視”窗口中此表達(dá)式的“值”屬性上，會(huì)彈出一個(gè)臨時(shí)窗口，在臨時(shí)窗口中會(huì)按照進(jìn)程控制塊的結(jié)構(gòu)顯示各個(gè)成員變量的值（可以參考PROCESS結(jié)構(gòu)體的定義）。由于只是新建了進(jìn)程控制塊，還沒有初始化其中成員變量，所以值都為0。接下來調(diào)試初始化進(jìn)程控制塊中各個(gè)成員變量的過程： 1. 首先創(chuàng)建進(jìn)程的地址空間，即4G虛擬地址空間。在代碼行（create.c文件的第

12、437行） NewProcess-Pas = MmCreateProcessAddressSpace(); 添加一個(gè)斷點(diǎn)。 2. 按F5繼續(xù)調(diào)試，到此斷點(diǎn)處中斷。 3. 按F10執(zhí)行此行代碼后中斷。 4. 在“監(jiān)視”窗口中查看進(jìn)程控制塊的成員變量Pas的值已經(jīng)不再是0。說明已經(jīng)初始化了進(jìn)程的4G虛擬地址空間。 5. 使用F10一步步調(diào)試PspCreateProcessEnvironment函數(shù)中后面的代碼，在調(diào)試的過程中根據(jù)執(zhí)行的源代碼，查看“監(jiān)視”窗口中*NewProcess表達(dá)式的值，觀察進(jìn)程控制塊中哪些成員變量是被哪些代碼初始化的，哪些成員變量還沒有被初始化。 6. 當(dāng)從PspCreat

13、eProcessEnvironment函數(shù)返回到PsCreateProcess函數(shù)后，停止按F10。此時(shí)“監(jiān)視”窗口中已經(jīng)不能再顯示表達(dá)式*NewProcess的值了，在PsCreateProcess函數(shù)中是使用ProcessObject指針指向進(jìn)程控制塊的，所以將表達(dá)式*ProcessObject添加到“監(jiān)視”窗口中就可以繼續(xù)觀察新建進(jìn)程控制塊中的信息。 7. 接下來繼續(xù)使用F10一步步調(diào)試PsCreateProcess函數(shù)中的代碼，同樣要注意觀察執(zhí)行后的代碼修改了進(jìn)程控制塊中的哪些成員變量。當(dāng)調(diào)試到PsCreateProcess函數(shù)的最后一行代碼時(shí)，查看進(jìn)程控制塊中的信息，此時(shí)所有的成員變

14、量都已經(jīng)被初始化了（注意觀察成員ImageName的值）。 8. 按F5繼續(xù)執(zhí)行，EOS內(nèi)核會(huì)為剛剛初始化完畢的進(jìn)程控制塊新建一個(gè)進(jìn)程。激活虛擬機(jī)窗口查看新建進(jìn)程執(zhí)行的結(jié)果。 9. 在OS Lab中選擇“調(diào)試”菜單中的“停止調(diào)試”結(jié)束此次調(diào)試。 10. 選擇“調(diào)試”菜單中的“刪除所有斷點(diǎn)”。 4.6 練習(xí)通過編程的方式創(chuàng)建應(yīng)用程序的多個(gè)進(jìn)程 使用OS Lab打開本實(shí)驗(yàn)文件夾中的參考源代碼文件NewTwoProc.c，仔細(xì)閱讀此文件中的源代碼。使用NewTwoProc.c文件中的源代碼替換EOS應(yīng)用程序項(xiàng)目中EOSApp.c文件內(nèi)的源代碼，生成后啟動(dòng)調(diào)試，查看多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的結(jié)果。 多個(gè)進(jìn)程并

15、發(fā)時(shí)，EOS操作系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶進(jìn)程可以參見圖11-5。驗(yàn)證一個(gè)程序（hello.exe）可以同時(shí)創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程。 二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境操作系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境 OS Lab l EOS 操作系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)過程1. 設(shè)計(jì)思路和流程圖2. 需要解決的問題及解答在PsCreateProcess函數(shù)中調(diào)用了PspCreateProcessEnvironment函數(shù)后又先后調(diào)用了PspLoadProcessImage和PspCreateThread函數(shù)，學(xué)習(xí)這些函數(shù)的主要功能。能夠交換這些函數(shù)被調(diào)用的順序嗎？思考其中的原因。 答：PspCreateProcessEnvironment的主要功能是創(chuàng)建進(jìn)程控制塊并且為進(jìn)

16、程創(chuàng)建了地址空間和分配了句柄表。PspLoadProcessImage是將進(jìn)程的可執(zhí)行映像加載到了進(jìn)程的地址空間中。PspCreateThread創(chuàng)建了進(jìn)程的主線程。這三個(gè)函數(shù)被調(diào)用的順序是不能夠改變的就向上面描述的加載可執(zhí)行映像之前必須已經(jīng)為進(jìn)程創(chuàng)建了地址空間這樣才能夠確定可執(zhí)行映像可以被加載到內(nèi)存的什么位置在創(chuàng)建主線程之前必須已經(jīng)加載了可執(zhí)行映像這樣主線程才能夠知道自己要從哪里開始執(zhí)行，執(zhí)行哪些指令。因此不能交換他們的順序。3. 源程序代碼#include EOSApp.hint main(int argc, char* argv)STARTUPINFO StartupInfo;PROCE

17、SS_INFORMATION ProcInfo11;ULONG ulExitCode;/ 子進(jìn)程退出碼INT nResult = 0;/ main 函數(shù)返回值。0 表示成功，非 0 表示失敗。#ifdef _DEBUG_asm(int $3n nop);#endifprintf(Create 10 processes and wait for the process exit.nn);StartupInfo.StdInput = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);StartupInfo.StdOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HAND

18、LE);StartupInfo.StdError = GetStdHandle(STD_ERROR_HANDLE);int i,j,n=10,num11;for(i=1;i=n;i+)if (CreateProcess(A:Hello.exe, NULL, 0, &StartupInfo, &ProcInfoi) numi=1;else for(j=1;j=i-1;j+)CloseHandle(ProcInfoi.ProcessHandle); CloseHandle(ProcInfoi.ThreadHandle);printf(CreateProcess Failed, Error code: 0x%X.n, GetLastError();nResult = 1;return nResult;for(i=1;i=n;i+) if(numi=1) WaitForSingleObject(ProcInfoi.ProcessHandle, INFINITE);/ 得到并輸出子進(jìn)程的退出碼。for(i=1;i