操作系統(tǒng)實驗三

1、操作系統(tǒng)實驗報告課程名稱操作系統(tǒng)實驗課程編號0906553實驗項目名稱進程的創(chuàng)建學號年級姓名專業(yè)學生所在學院指導教師實驗室名稱地點哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院第三講進程的創(chuàng)建一、實驗概述1. 實驗名稱進程的創(chuàng)建2. 實驗目的練習使用EOSAPI函數(shù)CreateProcess創(chuàng)建一個進程，掌握創(chuàng)建進程的方法，理解進 程和程序的區(qū)別。調試跟蹤CreateProcess函數(shù)的執(zhí)行過程，了解進程的創(chuàng)建過程，理解進程是資源 分配的單位。3. 實驗類型設計4. 實驗內容4.1準備實驗按照下面的步驟準備本次實驗：1. 啟動 OS Lab。2. 新建一個EOS Kernel項目。3. 分別使用Debug

2、配置和Release配置生成此項目，從而在該項目文件夾中生成完全版本的 EOS SD文件夾。4. 新建一個E0磁用程序項目。5. 使用在第3步生成的SD文件夾覆蓋EOS應用程序項目文件夾中的 SD政件夾。4.2練習使用控制臺命令創(chuàng)建 EOS應用程序的進程練習使用控制臺命令創(chuàng)建 E0磁用程序進程的具體步驟如下：1. 在EOS應用程序項目的 項目管理器”窗口中雙擊Floppy.img文件，使用 FloppylmageEditor 工具打開此軟盤鏡像文件。2. 將本實驗文件夾中的 Hello.exe 文件拖動到FloppylmageEditor工具窗口的文件列表中釋放，Hello.exe文件即被添加

3、到軟盤鏡像文件中。Hello.exe 個EOS應用程序，其源代碼可以參見本實驗文件夾中的 Hello.c源文件。3. 在FloppyImageEditor 中選擇文件"菜單中的保存"后關閉FloppyImageEditor 。4. 按F7生成E0磁用項目。5. 按F5啟動調試。OS Lab會彈出一個調試異常對話框，并中斷應用程序的執(zhí)行。6. 在調試異常對話框中選擇否”，忽略異常繼續(xù)執(zhí)行應用程序。7. 激活虛擬機窗口，待該應用程序執(zhí)行完畢后，在EOS勺控制臺中輸入命令A:Hello.exe后回車。8. Hello.exe 應用程序開始執(zhí)行，觀察其輸出。9. 待Hello.ex

4、e執(zhí)行完畢后可以重復第 7步，或者結束此次調試。4.3練習通過編程的方式讓應用程序創(chuàng)建另一個應用程序的進程使用OSLab打開本實驗文件夾中的 NewProc.c文件(將此文件拖動到 OSLab窗口中釋放即可)， 仔細閱讀此文件中的源代碼和注釋。按照下面的步驟查看應用程序創(chuàng)建另一個應用程序的進程的執(zhí)行結果：1. 使用NewProc.c文件中的源代碼替換之前創(chuàng)建的E0磁用程序項目中的EOSApp.c文件內的源代碼。2. 按F7生成修改后的EOS應用程序項目。3. 按F5啟動調試。OS Lab會首先彈出一個調試異常對話框。4. 在調試異常對話框中選擇否”，繼續(xù)執(zhí)行。5. 激活虛擬機窗口查看應用程序輸

5、出的內容?？梢钥吹礁高M程(EOSApp.exe)首先開始執(zhí)行并輸出內容，父進程創(chuàng)建了子進程(Hello.exe )后，子進程開始執(zhí)行并輸出內容，待子進程結束后父進程再繼續(xù)執(zhí)行。6. 結束此次調試。4.4 調試 CreateProcess 函數(shù)按照下面的步驟調試CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建進程的過程：1. 按F5啟動調試EO磁用程序，OS Lab會首先彈出一個調試異常對話框。2. 選擇是”調試異常，調試會中斷。3. 在main函數(shù)中調用CreateProcess函數(shù)的代碼行(第57行)添加一個斷點。4. 按F5繼續(xù)調試，在斷點處中斷。5. 按F11調試進入CreateProcess函數(shù)。此

6、時已經開始進入E0胴核進行調試。當EOS應用程序eosapp.exe存儲在軟盤上的時候，它是靜態(tài)的，只包含應用程序的指令和數(shù) 據。而創(chuàng)建進程后，進程不但包含應用程序的指令和數(shù)據，也會包含操作系統(tǒng)內核(kernel.dll )的指令和數(shù)據(參見圖 5-1 )。同時，圖11-4也說明了一個進程可以包含多 個程序，該進程包含了eosapp.exe和kernel.dll兩個程序?？梢园凑障旅娴牟襟E來分別驗證應用程序和操作系統(tǒng)內核在進程的4G虛擬地址空間中所處的位置：1. 由于此時在內核的CreateProcess函數(shù)內中斷執(zhí)行，所以在 調試"菜單的 窗口 "中選擇反匯編”，會在 反

7、匯編"窗口中顯示CreateProcess函數(shù)的指令對應的反匯編代碼。反匯編”窗口的左側顯示的是指令所在的虛擬地址?？梢钥吹剿兄噶畹奶摂M地址都大于0x80000000,說明內核(kernel.dll )處于高2G勺虛擬地址空間中。2. 在 調用堆?！贝翱谥须p擊main函數(shù)項，設置main函數(shù)的調用堆棧幀為活動的。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,說明應用程序(eosapp.exe )處于低2G勺虛擬地址空間中。3. 在調用堆棧"窗口中雙擊CreateProcess函數(shù)項，重新設置 CreateProcess函數(shù)的調用堆棧幀

8、為活動的。關閉反匯編"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)只是調用了EOS內核函數(shù)PsCreateProcess并將創(chuàng)建進程所用到的參數(shù)傳遞給了此函數(shù)。所以，按F11可以調試進入create.c文件中的PsCreateProcess函數(shù)，在此函數(shù)中才開始執(zhí)行創(chuàng)建進程的各項操 作。4.5 調試 PsCreateProcess 函數(shù)創(chuàng)建進程最主要的操作就是創(chuàng)建進程控制塊（PCB）,并初始化其中的各種信息（也就是為進程分配各種資源）。所以在PsCreateProcess函數(shù)中首先調用了 PspCreateProcessEnvironm

9、ent 函數(shù)來創(chuàng)建進程控制塊。調試 PspCreateProcessEnvironment 函數(shù)的步驟如下：1. 在PsCreateProcess 函數(shù)中找到調用 PspCreateProcessEnvironment 函數(shù)的代碼行（create.c文件的第163行），并在此行添加一個斷點。2. 按F5繼續(xù)調試，到此斷點處中斷。3. 按 F11 調試進入 PspCreateProcessEnvironment 函數(shù)。由于PspCreateProcessEnvironment函數(shù)的主要功能是創(chuàng)建進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，定義了一個進程控制塊的指針變量NewProces

10、s。在此函數(shù)中查找到創(chuàng)建進程控制塊的代碼行（create.c文件的第418行）Status = ObCreateObject（ PspProcessType,NULL,sizeof（PROCESS） + ImageNameSize + CmdLi neSize,0,（PVOID*）&NewProcess ）;這里的ObCreateObject函數(shù)會在由EO胴核管理的內存中創(chuàng)建了一個新的進程控制塊 （也就是分配了一塊內存），并由NewProcess返回進程控制塊的指針 （也 就是所分配內存的起始地址）。按照下面的步驟調試進程控制塊的創(chuàng)建過程：1. 在調用ObCreateObject函數(shù)的

11、代碼行（create.c文件的第418行）添加一個斷點。2. 按F5繼續(xù)調試，到此斷點處中斷。3. 按F10執(zhí)行此函數(shù)后中斷。4. 此時為了查看進程控制塊中的信息，將表達式*NewProcess添加到 監(jiān)視"窗口中。5. 將鼠標移動到 監(jiān)視”窗口中此表達式的值”屬性上，會彈出一個臨時窗口，在臨時窗口中會按照進程控制塊的結構顯示各個成員變量的值（可以參考PROCESS構體的定義）。由于只是新建了進程控制塊，還沒有初始化其中成員變量，所以值都為0。接下來調試初始化進程控制塊中各個成員變量的過程：1. 首先創(chuàng)建進程的地址空間，即4G虛擬地址空間。在代碼行（create.c文件的第437行）

12、NewProcess->Pas = MmCreateProcessAddressSpace（）; 添加一個斷點。2. 按F5繼續(xù)調試，到此斷點處中斷。3. 按F10執(zhí)行此行代碼后中斷。4. 在 監(jiān)視”窗口中查看進程控制塊的成員變量Pas的值已經不再是0。說明已經初始化了進程的4G虛擬地址空間。5. 使用F10一步步調試PspCreateProcessEnvironment函數(shù)中后面的代碼，在調試的過程中根據執(zhí)行的源代碼，查看監(jiān)視”窗口中*NewProcess表達式的值，觀察進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. 當從 PspCreateProces

13、sEnvironment 函數(shù)返回到 PsCreateProcess 函數(shù)后，停止按 F10。此 時 監(jiān)視"窗口中已經不能再顯示表達式 *NewProcess的值了，在PsCreateProcess函數(shù)中是使 用ProcessObject指針指向進程控制塊的，所以將表達式 *ProcessObject添加到 監(jiān)視"窗口 中就可以繼續(xù)觀察新建進程控制塊中的信息。7. 接下來繼續(xù)使用F10步步調試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程控制塊中的哪些成員變量。當調試到PsCreateProcess函數(shù)的最后一行代碼時，查看進程控制塊中的信

14、息，此時所有的成員變量都已經被初始化了（注意觀察成員ImageNam啲值）。8. 按F5繼續(xù)執(zhí)行，E0胴核會為剛剛初始化完畢的進程控制塊新建一個進程。激活虛擬機窗口查看新建進程執(zhí)行的結果。9. 在OS Lab中選擇 調試”菜單中的 停止調試”結束此次調試。10. 選擇 調試”菜單中的 刪除所有斷點”。4.6練習通過編程的方式創(chuàng)建應用程序的多個進程使用OSLab打開本實驗文件夾中的參考源代碼文件 NewTwoProc.c,仔細閱讀此文件中的源代 碼。使用NewTwoProc.c文件中的源代碼替換 E0磁用程序項目中EOSApp.（文件內的源代碼， 生成后啟動調試，查看多個進程并發(fā)執(zhí)行的結果。多個

15、進程并發(fā)時，E0操作系統(tǒng)中運行的用戶進程可以參見圖11-5。驗證一個程序（hello.exe ）可以同時創(chuàng)建多個進程。二、實驗環(huán)境操作系統(tǒng)集成實驗環(huán)境OS LabEOS操作系統(tǒng)三、實驗過程1. 設計思路和流程圖2. 需要解決的問題及解答在 PsCreateProcess 函數(shù)中調用了 PspCreateProcessEnvironment 函數(shù)后又先后調用了 PspLoadProcessImage和PspCreateThread函數(shù)，學習這些函數(shù)的主要功能。能夠交換這些函數(shù)被調用的順序嗎？思考其中的原因。答：PspCreateProcessEnvironment的主要功能是創(chuàng)建進程控制塊并且為

16、進程創(chuàng)建了地址空間和分配了句柄表。PspLoadProcessImage是將進程的可執(zhí)行映像加載到了進程的地址空 間中。PspCreateThread創(chuàng)建了進程的主線程。這三個函數(shù)被調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為進程創(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存的什么位置在創(chuàng)建主線程之前必須已經加載了可執(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#i nclude "EOSApp.h"int main (i nt argc, char* argv)STARTUPINFO

17、StartupI nfo;PROCESS_INFORMATION ProcI nfo11;ULONG ulExitCode; /子進程退出碼INT nResult = 0; / ma in函數(shù)返回值。0表示成功，非 0表示失敗。#ifdef _DEBUG_asm("i nt $3n nop");#en difprin tf("Create 10 processes and wait for the process exit.' nn");Startup In fo.Std In put = GetStdHa ndle(STD_INPUT_HAND

18、LE);StartupI nfo.StdOutput = GetStdHa ndle(STD_OUTPUT_HANDLE);StartupI nfo.StdError = GetStdHa ndle(STD_ERROR_HANDLE);int i,j,n=10,num11;for(i=1;i<=n ;i+)if (CreateProcess("A:Hello.exe", NULL, 0, &StartupInfo, &ProcInfoi)n umi=1;else for(j=1;j<=i-1;j+)CloseHa ndle(Procl nfoi.

19、ProcessHa ndle);CloseHa ndle(Proc In foi.ThreadHa ndle);printf("CreateProcess Failed, Error code: 0x%X.n", GetLastError();n Result = 1;retur n n Result;for(i=1;i<=n ;i+) if(nu mi=1)WaitForSi ngleObject(Proc In foi.ProcessHa ndle, INFINITE);/得到并輸出子進程的退出碼。for(i=1;i<=n ;i+) if(nu mi=1)G

20、etExitCodeProcess(ProcI nfoi.ProcessHa ndle, & ulExitCode);for(i=1;i<=n ;i+) if(nu mi=1)prin tf("nThe process %d exit with %d.n",i,ulExitCode);/關閉不再使用的句柄。for(i=1;i<=n ;i+)if(nu mi=1)CloseHa ndle(Procl nfoi.ProcessHa ndle); for(i=1;i<=n ;i+) if(nu mi=1)CloseHa ndle(Procl nfoi.T

21、hreadHa ndle); retur n n Result;4.程序運行時的初值和運行結果4.1準備實驗“ 11 rlHkll rtAAl* Ct HaMJ M|i&Z®msnu-i crresi cri+raFo i4>misoiF -1#*施 l*ww tab he ill六右目fi-sCOSFfij) cm：佃I la imr Ml1ft VM CW1pF FM Pllt tel thmvfc l LiF=e»±I* I Ie>.,ihik IMF 3Htar J In . mctf Lrl F atM la jwUF htarl Icij ifflr Idt 斗創(chuàng) iMOtfW IBVOZFft-»teii<i.e