西来大学华北电力大学操作系统实验报告..

2020年11月27日发(作者：欧阳予倩)

综合实验报告

( 2013-- 2014

年度第

一

学期

)

名

称：计算机操作系统

题

目：计算机操作系统实验

院

系：计算机系

班

级：网络

学

号：

学生姓名：

指导教师：王平

设计周数：

2

周

成

绩：

日期：

2013

年

11

月

华

北

电

力

大

学

实

验

报

告

实验

1

实验环境的使用

一、实验目的

1

、熟悉操作系统集成实验环境

OS Lab

的基本使用方法。

2

、练习编 译、调试

EOS

操作系统内核以及

EOS

应用程序 。

二、

预备知识

阅读本书第

1

章，对< /p>

EOS

操作系统和

OS Lab

集成实验环境有一个 初步的了解。重点

学习第

1.3

节，掌握

EOS

操作系统内核和

EOS

应用程序的源代码是如何生成可执行 文件

的，以及

OS Lab

是如何将这些可执行文件写入软盘镜像文件并开始执行的。

三、

实验内容

1

、启动

OS Lab

1.

在安装有

OS Lab

的计算机上，可以使用两种不同的方法来启动

OS Lab

：

在桌面上双击“

Tevation OS Lab

”图标。

或者

点击“开始”菜单，在“程序”中的“

Tevation OS Lab

”中选择“

Tevation OS Lab

”

。

2.

OS

Lab

每次启动后都会首先弹出一个用于注册用户信息的对 话框（可以选择对话框标题栏上

的“帮助”按钮获得关于此对话框的帮助信息）

。在此对话框中填入学号和姓名后，点击“确定”按钮

完成本次注册。

< p>

3.

观察

OS

Lab

主窗口的布局。

OS

Lab

主要由下面的若干元素组成：菜单栏、工具栏以及停靠在

左侧和底部的各种工具窗口， 余下的区域用来放置编辑器窗口。

2

、学习

OS Lab

的基本使用方法

2.1

新建

Windows

控制台应用程序项目

新建一个

Windows

控制台应用程序项目的步骤如下：

1.

在“文件”菜单中选择“新建”

，然后单击“项目”

。

< p>

2.

在“新建项目”对话框中，选择项目模板“控制台应用程序

(c)

”

。

3.

在“名称”中输入新项目使用的文件夹名称“

oslab

”

。

4.

在“ 位置”中输入新项目保存在磁盘上的位置“

C:test

”

。

5.

点击“确定”按钮。

2.2

生成项目

使用

“生成项目”

功 能可以将程序的源代码文件编译为可执行的二进制文件，

方法十分简单：

在“生成”菜单中选择“生成项目”

。

在项目生成过程中，

“输出”窗口会实时显示生成的进度和结果。如果源代码中不 包含语法

错误，会在最后提示生成成功，如图：

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报

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2.3

执行项目

在

OS Lab

中选择“调试 ”菜单中的“开始执行

(

不调试

)

”

，可以执行刚刚生成的

Windows

控

制台应用程序 。启动执行后会弹出一个

Windows

控制台窗口，显示控制台应用程序输出的 内容。按任

意键即可关闭此

Windows

控制台窗口。

2.4

调试项目

在开始练习各种调试功能之前，

首先需 要对刚刚创建的例子程序进行必要的修改，

步骤如下：

1.

右键点击“项目管理器”窗口中的“源文件”文 件夹节点，在弹出的快捷菜单中选择“添

加”中的“添加新文件”

。

2.

在弹出的“添加新文件”对话框中选择“

C

源文件”模板。

3.

< p>在“名称”中输入文件名称“

func

”

。

4.

点击“添加”按钮，添加并自动打开文件

func.c

，此时的“项目管理器”窗口会如图：

2.4.1

使用断点中断执行

1.

在

main

函数中定义变量

n

的代码行

int

n

=

0;

< p>上点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选

择“插入

/

删除断点”

，会在此行左侧的空白处显示一个红色圆点，表示已经成功在此行代码添加了一

个断点，如图：

2.

在“调试”菜单中选择“启动调试”

，

Windows

控制台应用程序开始执行，随后

OS

Lab

窗口被自

动激活，并且在刚刚添加断点的代码行左侧空白中显示一个黄色箭头，表示程序已经在此 行代码处中

断执行（也就是说下一个要执行的就是此行代码）

，如图：< /p>

2.4.2

单步调试

按照下面的步骤练习使用“逐过程”功能：

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1.

在

OS Lab

的 “调试”菜单中选择“逐过程”

，

“逐过程”功能会执行黄色箭头当前指向的代< /p>

码行，并将黄色箭头指向下一个要执行的代码行。

2.

按

F10

（

“逐过程”

功能的快捷键）

，

黄色箭头就指向了调用

printf

函数的代码行。查看控制

台应用程序窗口，仍然 没有任何输出。

3.

再次按

F10

执行

printf

函数，查看控制台应用程序窗口 ，可以看到已经打印出了内容。

4.

在“调试”菜单中选择“停止调试”

，结束此次调试。

2.4.3

查看变量的值

在调试的过程中，

OS Lab

提供了三种查看变量值的方法，按照下面的步骤练习这些方法：

1.

按

F5

启动调 试，仍然会在之前设置的断点处中断。

2. < /p>

将鼠标移动到源代码编辑器中变量

n

的名称上，此时会弹出一个窗口 显示出变量

n

当前的

值（由于此时还没有给变量

n

赋值，所以是一个随机值）

。

3.

在源代码编辑器中变量

n

的名称上点击鼠标右键，

在弹出的快捷菜单中选择

“快速监视”

，

可以使用

“快速监视”

对话框查看变量

n

的值。

然后，

可以点击

“关闭”

按钮关闭

“快速监视”

对话框。

4.

在源代码编辑器中变量

n

的名称上点击鼠标右键，

在弹出的快捷菜单中选择

“添加监视”

，

变量

n

就被添加到了“监视”窗口中。使用“ 监视”窗口可以随时查看变量的值和类型。此时按

F10

进

行一次单步调试，可以看到“监视”窗口中变量

n

的值会变为

0

，如图

2.4.4

调用堆栈

1.

按

F5

启动调试 ，仍然会在之前设置的断点处中断。

2.

选择“调试”菜单“窗口”中的“调用堆栈”

，激活“调用堆栈”窗口。可以看到当前“ 调

用堆栈”窗口中只有一个

main

函数（显示的内容还 包括了参数值和函数地址）

。

3.

按

F11

（

“逐语句”功能的快捷键）调试，直到 进入

Func

函数，查看“调用堆栈”窗口可以

发现在堆 栈上有两个函数

Func

和

main

。其中当前正 在调试的

Func

函数在栈顶位置，

main

函数 在栈底位

置。说明是在

main

函数中调用了

< p>Func

函数。

3

、

EOS

内核项目的生成和调试

3.1

新建

EOS

内核项目

新建一个

EOS

内核项目的步骤如下：

1.

在“文件”菜单中选择“新建”，然后单击“项目”。

2.

在“新建项目”对话框中，选择项目模板“

EOS Kernel

”。

3.

在“名称”中输入新项目使用的文件夹名称“

eos

”。

4.

在“位置”中输入新项目保存在磁盘上的位置“

C:

”。

5.

点击“确定”按钮。

3.2

生成项目

1.

按

F7

生成项目，同时查看“输出”窗口中的内容，确认生 成成功。

2.

打开

C:eosdebug

文件夹，

查看生成的对象文件和目标文件。

找到

、

和

三个二进制文件，这三个文件就是

EOS

操作系统在运行时需要的可执行文件。

3.3

调试项目

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1.

在“项目管理器”窗口的

ke

文件夹中找到

start.c

文件节点，

双击此文件节 点使用源代码编

辑器打开

start.c

文件。

2.

在

start.c

文件中

KiSystemStartup

函数的“

Ki InitializePic();

”语句所在行（第

61

行）< /p>

添加一个断点，如图

9-7

。

EOS

启动时执行的第一个内核函数就是

KiSystemStartup

函数 。

3.4

查看软盘镜像文件中的内容

< p>在“项目管理器”窗口中双击软盘镜像文件

，就会使用

Flo ppyImageEditor

工具

打开此文件

(

在

FloppyImageEditor

工具中按

F1< /p>

可以查看此工具的帮助文件

)

。

在

F loppyImageEditor

工具的文件列表中可以找到

文件和

文件，这两个文件都是在启动调试时被写

入 软盘镜像文件的（可以查看这两个文件的修改日期）

。

文件在启动 调试时被写入了软盘镜

像

的

引

导

扇

区

中

，

不

受

软

盘

文

件

系

统

的

管

理

，

所

以

在

文

件

列

表

中

找

不

到

此

文

件

。

关

闭

FloppyImageEditor

工具。

3.5

查看

EOS SDK

（

Software Development Kit

）文件夹

1.

点击

OS Lab

工具栏上的“项目配置”下拉列表，选择 下拉列表中的“

Release

”项目配

置，“

Release

”项目配置被设置为新的活动项目配置（原来的活动项目配置是“

Debug

”）

。如图：

4

、

EOS

应用程序项目的生成和调试

4.1

新建

EOS

应用程序项目

1.

在“文件”菜单中选择“新建”，然后单击“项目”。

2.

在“新建项目”对话框中，选择项目模板“

EOS

应用程序”。

3.

在“名称”中输入新项目使用的文件夹名称“

eosapp

”。

4.

在“位置”中输入新项目保存在磁盘上的位置“< /p>

C:

”。

5.

点击“确定”按钮。

4.2

生成项目

1.

按

F7

生成项目，同时查看“输出”窗口中的内容，确认生成成功。< /p>

2.

打开

C:eos appdebug

文件夹，

查看生成的对象文件和目标文件。

其中 的

就是

EOS

应用程序的可执行文件。< /p>

4.3

调试项目

4.4

查看软盘镜像文件中的内容

4.5

修改

EOS

应用程序项目名称

5

、退出

OS Lab

1.

在“文件”菜单中选择“退出”。

2.

在

OS

Lab

关闭前会弹出一个保存数据 对话框

（可以选择对话框标题栏上的“帮助”按钮获得

帮助信息）

，核对学号和姓名无误后点击“保存”按钮，

OS Lab

关闭。

3.

在

OS Lab

关闭后默认会自动使用

Windo ws

资源管理器打开数据文件所在的文件夹，并且选中

刚刚保存的数据文 件（

OUD

文件）

。将数据文件备份保存在自己的文件中。

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实验

2

操作系统的启动

一、实验目的

1

、

跟踪调试

EOS

< p>在

PC

机上从加电复位到成功启动的全过程，

了解操作系统的 启动过程。

2

、查看

EOS

启动后的状态和行为，理解操作系统启动后的工作方式。

二、预备知识

阅读 本书第

3

章，

了解

EOS

操作系统 的启动过程。

阅读第

2

章中的第

2.4

< p>节，

复习汇编语

言的相关知识，并掌握

NASM

汇编代码的特点。阅读附录

A

，了解

Bochs

和

Virtual

PC

这两款

虚拟机软件的特点，重点熟悉

Bochs

的调试命令。

三、实验内容

3.1

准备实验

1.

启动

OS Lab

。

2.

新建一个

EOS Kernel

项目。

3.

在“项目管理器”窗口中打开

boot

文件夹中的

和

两个汇编文件。

是软盘引导扇区程序的源文件，

是

< p>loader

程序的源文件。简单阅读一下这两个文

件中的

NASM

汇编代码和注释。

4.

按

F7

生成项目。

3.2

调试

EOS

操作系统的启动过程

3.2.1

使用

Bochs

做为远程目标机

1.

在“项目管理器”窗口中，右键点击项目节点，在弹 出的快捷菜单中选择“属性”。

2.

在弹出的“属性页”对话框右侧的属性列表中找到“远程目标机”属性，

将此属性值修改为

“

Bochs Debug

”（此时按

F1

可以获得关于此属性的帮助）

。

3.

点击“确定”按钮关闭“属性页”对话框。接下来就可以使用

Bochs< /p>

模拟器调试

BIOS

程序和

软盘引导扇区程 序了。

3.2.2

调试

BIOS

程序

1.

在

Console

窗口中 输入调试命令

sreg

后按回车

2.

输入调试命令

r

后按回车

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3.2.3

调试软盘引导扇区程序

3.2.4

调试加载程序

3.2.5

调试内核

3.2.6 EOS

启动后的状态和行为

在控制台中输入命令

“

ver

”

后按回车

在控制台中输入命令

“

pt< /p>

”

后按回车

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实验

3

进程的创建

一、实验目的

1

、练习使用

EOS API

函数

CreateP rocess

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。

2

、

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、预备知识

阅读 本书第

5.1

节，重点理解程序和进程的关系，熟悉进程控制块结构体以及进程创

建的过程。仔细学习

CreateProcess

函数和 其它与创建进程相关的函数的说明，注意理解

这些函数的参数和返回值的意义。

三、实验内容

3.1

准备实验

按照下面的步骤准备本次实验：

1.

启动

OS Lab

。

2.

新建一个

EOS Kernel

项目。

3.

分别使用

Debug

配置和

Release

配置生成此项目 ，从而在该项目文件夹中生成完全版本的

EOS SDK

文

件夹。

4.

新建一个

EOS

应用程序项目。

5.

使用在第

3

步生成的

SDK

文件夹覆盖

EOS

应用程序项目文件夹中的

SDK

文件夹。

3.2

练习使用控制台命令创建

EOS

应用程序的进程

1.

在

EOS

应用程 序项目的“项目管理器”窗口中双击

文件，

使用

F loppyImageEditor

工具打

开此软盘镜像文件。

2.

将本实验文件夹中的

文 件拖动到

FloppyImageEditor

工具窗口的文件列表中释放，

文件即被添加到软盘镜像文件中。

一个

EOS

应用程序，

其源代码可以参见本实验文

件 夹中的

Hello.c

源文件。

3.

在

FloppyImageEditor

中选择“文件”菜单中的 “保存”后关闭

FloppyImageEditor

。

4.

按

F7

生成

EOS

应用项目。

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3.3

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

1.

使用

NewProc.c

文件中的 源代码替换之前创建的

EOS

应用程序项目中的

EOSApp.c

文件内的源代码。

2.

按

F7

生成修改后的

EOS

应用程序项目。

3.

按

F5

启动调试。

OS Lab

会首先弹出一个调试异常对话框。

4.

在调试异常对话框中选择“否”，继续执行。

3.4

调试

CreateProcess

函数

1.

按

F5

启动调试

E OS

应用程序，

OS Lab

会首先弹出一个调试异常对话框。

2.

选择“是”调试异常，调试会中断。

3.

在

main

函数中调用

CreateProcess

函数的代码行（第

57

行）添加一个断点。

4.

按

F5

继续调试，在断点处中断。

5.

按

F11

调试进入

CreateProcess

函数。此时已经开始进入

EOS

内核 进行调试。

3.5

调试

PsCreateProcess

函数

1.

在

PsCreatePr ocess

函数中找到调用

PspCreateProcessEnvironm ent

函数的代码行

（

create.c

文件的< /p>

第

163

行）

，并在此行添加一个断点。< /p>

2.

按

F5

继续调试，到此断点处中断。

3.

按

F11

调试进入

PspCreateProcessEnvironment

函数。

3.6

练习通过编程的方式创建应用程序的多个进程

使用

OS Lab

打开本实验文件夹中的参考源代码文件

NewTwoProc.c

，仔细阅读此文件中的源代码。使

用

NewTwoProc.c

文件中的源代码替换

EOS

应用程序项目中

EOSApp.c

文件内的源代码，生成后启动调

试，查看多个进程并发执行的结果。

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实验

4

线程的状态和转换

一、实验目的

1

、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。

2

、通过为线程增加挂起状态，加深对线程状态的理解。

二、预备知识

阅读 本书第

5.2.3

节，了解线程都有哪些状态以及

EOS

是如何定义这些状态的。了解线程是如何在

这些状态之间进行转换的，特别是要阅 读一下

EOS

中用于线程转换的相关函数的源代码。阅读本书第

< br>5.2.4

节，

了解

EOS

为线程添加的挂 起状态，

以及

Suspend

和

Resume

原语操作。

线程状态的转换和线程的

同步、线程的调度是不可 分割的，所以建议读者简单学习一下第

5.3

和

5.4

< p>节中的内容。

三、实验内容

3.1

准备实验

按照下面的步骤准备实验：

1.

启动

OS Lab

。

2.

新建一个

EOS Kernel

项目。

3.2

调试线程状态的转换过程

1.

按

F7

生成在本实验

3.1

中创建的

EO S Kernel

项目。

2.

按

F5

启动调试。

3.

待

EOS

启动完毕，在

< p>EOS

控制台中输入命令“

loop

”后按回车。

< p>

4.

结束此次调试。

loop

命令执行的效果可以参见图：

3.2.1

线程由阻塞状态进入就绪状态

3.2.2

线程由运行状态进入就绪状态

3.2.3

线程由就绪状态进入运行状态

3.2.4

线程由运行状态进入阻塞状态

3.3

为线程增加挂起状态

1.

删除之前添加的所有断点。

2.

按

F5

启动调试。

3.

待

EOS

启动完毕，

在

EOS

控制台中输入命令“

loop

”后按回 车。

此时可以看到

loop

线程的执行计数在

不停增长，说明

loop

线程正在执行。记录下

loop

线程的

ID

。

4.

按

Ctrl+F2

切换到控制台

2

，输 入命令“

suspend

31

”（如果

loop

线程的

ID

是

31

）后按回车。命 令执

行成功的结果如图

12-2

所示。

5.

按

Ctrl+1

切换回控制台

1

，可以看到由于

loop

线程已经成功被挂起，其执 行计数已经停止增长了。

此时占用处理器的是

EOS

中的 空闲线程。

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实验

5

进程的同步

一、实验目的

1

、 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。

2

、调试跟踪

EOS

< p>信号量的工作过程，理解进程同步的原理。

3

、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、预备知识

阅读 本书第

5

章中的

5.3

节，

学习< /p>

EOS

内核提供的三种同步对象

（该实验没有涉及到

Event

同步对

象）。重点理解各种同步对象的状态与使用方式。同时 学习经典的生产者－消费者问题。

阅读

5.2

节，学习在

EOS

应用程序中调用

EOS API

函数

CreateThread

创建线程的方法。

三、实验内容

3.1

准备实验

1.

启动

OS Lab

。

2.

新建一个

EOS Kernel

项目。

3.

生成

EOS Kernel

项目，从而在该项目文件夹中生成

SDK

文件夹。

4.

新建一个

EOS

应用程序项目。

5.

使用在第

3

步生成的

SDK

文件夹覆盖

EOS

应用程序项目文件夹中的

SDK

文件夹。

3.2

使用

EOS

的信号量解决生产者－消费者问题

生产者－消费者同步执行的过程

3.3

调试

EOS

信号量的工作过程

3.3.1

创建信号量

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