操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)三

1、實(shí)操作系統(tǒng)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)姓名學(xué)生所在學(xué)院年級(jí)專業(yè)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)康木毩?xí)使用 EOSAPI 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。調(diào)試跟蹤 CreateProcess 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)目。3. 分別

2、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中釋

3、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.e

4、xe應(yīng)用程序開始執(zhí)行，觀察其輸出。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 OSLab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

5、框。4. 在調(diào)試異常對(duì)話框中選擇 “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

6、一個(gè)斷點(diǎn)。4. 按 F5繼續(xù)調(diào)試，在斷點(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

7、此時(shí)在內(nèi)核的CreateProcess 函數(shù)內(nèi)中斷執(zhí)行，所以在“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。 “反匯編 ” 窗口的左側(cè)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(nèi)核（kernel.dll）處于高 2G的虛擬地址空間中。2. 在 “調(diào)用堆棧 ”窗口中雙擊 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

8、低 2G的虛擬地址空間中。3. 在 “調(diào)用堆棧 ”窗口中雙擊 CreateProcess 函數(shù)項(xiàng)，重新設(shè)置 CreateProcess 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

9、 (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 PspCreateProcessEnvironment 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

10、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 NewProcess。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

11、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 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

12、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 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 PspCreateProcessEnvir

13、onment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 PspCreateProcessEnvironment 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

14、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

15、創(chuàng)建應(yīng)用程序的多個(gè)進(jìn)程使用 OSLab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 LabEOS 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 PspCreateProces

16、sEnvironment 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)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

17、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 EOSA main(int argc, char* argv)STARTUPINFO StartupInfo;PROCESS_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

18、processes and wait for the process exit.nn);StartupInfo.StdInput = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);StartupInfo.StdOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);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