实际操作系统实验-进程的创建heu.doc
操作系统实 验 报 告课程名称操作系统实验课程编号0906553实验项目名称进程的创建学号年级姓名专业学生所在学院指导教师实验室名称地点 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院第三讲 进程的创建一、实验概述1. 实验名称进程的创建2. 实验目的1.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。 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3. 实验类型验证型实验4. 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应用程序的进程。（4）调试Create Process函数（5）调试Ps Create Process函数（6）练习通过编程的方式创建应用程序的多个进程二、实验环境EOS实验系统，WINDOWS XP 操作系统三、实验过程1. 设计思路和流程图创建EOS应用程序的进程创建另一个EOS应用程序的进程调试Create Process 函数调试Ps Create Process函数调试Create Process 函数2. 算法实现3. 需要解决的问题及解答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。答：参照实验报告第5，6部分。2）.学习本书第 5 章中的 5.2 节，了解关于线程的相关知识，然后尝试调试 PspCreateThread 函数，观察线程控制块（TCB）初始化的过程。 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。答：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。4).实验指导P133-144尝试根据之前对PsCreateProcess函数和PspCreateProcessEnvironment函数执行过程的跟踪调试，绘制一幅进程创建过程的流程图。开始创建进程的地址空间创建进程控制块为进程分配句柄将所需的地址映像加载到进程的地址空间创建线程结束4. 主要数据结构、实现代码及其说明5. 源程序并附上注释 1）.满足十个进程同时并行的，并且十个进程分别独立的程序，其代码设计如下#include "EOSApp.h"int main(int argc, char* argv)STARTUPINFO StartupInfo;PROCESS_INFORMATION A10;ULONG ulExitCode;/ 子进程退出码INT nResult = 0;/ main 函数返回值。0 表示成功，非 0 表示失败。#ifdef _DEBUG_asm("int $3n nop");#endifprintf("Create ten processes and wait for the processes exit.nn");StartupInfo.StdInput = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);StartupInfo.StdOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);StartupInfo.StdError = GetStdHandle(STD_ERROR_HANDLE);int x10,i=0;x10=0;for(i=0;i<10;i+)if(CreateProcess("A:Hello.exe", NULL, 0, &StartupInfo, &Ai)=0)xi=1;for(i=0;i<10;i+)if(xi=0)WaitForSingleObject(Ai.ProcessHandle, INFINITE);for(i=0;i<10;i+)if(xi=0)GetExitCodeProcess(Ai.ProcessHandle, &ulExitCode);printf("nThe process %d exit with %d.n",i, ulExitCode);for(i=0;i<10;i+)if(x1=0)CloseHandle(Ai.ProcessHandle);CloseHandle(Ai.ThreadHandle);if(xi!=0)printf("CreateProcess Failed, Error code: 0x%X.n", GetLastError();nResult = 1;return nResult;2）.使一个进程失败，9个进程仍旧同步进行的代码如下：#include "EOSApp.h"int main(int argc, char* argv)STARTUPINFO StartupInfo;PROCESS_INFORMATION A10;ULONG ulExitCode;/ 子进程退出码INT nResult = 0;/ main 函数返回值。0 表示成功，非 0 表示失败。#ifdef _DEBUG_asm("int $3n nop");#endifprintf("Create ten processes and wait for the processes exit.nn");StartupInfo.StdInput = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);StartupInfo.StdOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);StartupInfo.StdError = GetStdHandle(STD_ERROR_HANDLE);int x10,i=0;x10=0;if(CreateProcess("A:Hellowhat.exe", NULL, 0, &StartupInfo, &A0)=0)x0=1;for(i=1;i<10;i+)if(CreateProcess("A:Hello.exe", NULL, 0, &StartupInfo, &Ai)=0)xi=1;for(i=0;i<10;i+)if(xi=0)WaitForSingleObject(Ai.ProcessHandle, INFINITE);for(i=0;i<10;i+)if(xi=0)GetExitCodeProcess(Ai.ProcessHandle, &ulExitCode);printf("nThe process %d exit with %d.n",i, ulExitCode);for(i=0;i<10;i+)if(x1=0)CloseHandle(Ai.ProcessHandle);CloseHandle(Ai.ThreadHandle);if(xi!=0)printf("CreateProcess Failed, Error code: 0x%X.n", GetLastError();nResult = 1;return nResult;6. 程序运行时的初值和运行结果（1）练习使用控制台命令创建EOS应用程序进程的具体步骤如下： 1）. 在EOS应用程序项目的“项目管理器”窗口中双击Floppy.img文件，使用FloppyImageEditor工具打开此软盘镜像文件。 2）. 将本实验文件夹中的Hello.exe文件拖动到FloppyImageEditor工具窗口的文件列表中释放，Hello.exe文件即被添加到软盘镜像文件中。Hello.exe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。 5）. 按F5启动调试。OS Lab会弹出一个调试异常对话框，并中断应用程序的执行。 6）. 在调试异常对话框中选择“否”，忽略异常继续执行应用程序。 7）. 激活虚拟机窗口，待该应用程序执行完毕后，在EOS的控制台中输入命令“A:Hello.exe”后回车。 8）. Hello.exe应用程序开始执行，观察其输出 9）. 待Hello.exe执行完毕后可以重复第7步，或者结束此次调试。 （2）按照下面的步骤查看应用程序创建另一个应用程序的进程的执行结果： 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。 5）. 激活虚拟机窗口查看应用程序输出的内容，可以看到父进程（EOSApp.exe）首先开始执行并输出内容，父进程创建了子进程（Hello.exe）后，子进程开始执行并输出内容，待子进程结束后父进程再继续执行。 6）. 结束此次调试（3）按照下面的步骤调试CreateProcess函数创建进程的过程： 1）. 按F5启动调试EOS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，（4）按照下面的步骤来分别验证应用程序和操作系统内核在进程的4G虚拟地址空间中所处的位置： 1）. 由于此时在内核的CreateProcess函数内中断执行，所以在“调试”菜单的“窗口”中选择“反汇编”，会在“反汇编”窗口中显示CreateProcess函数的指令对应的反汇编代码。“反汇编”窗口的左侧显示的是指令所在的虚拟地址。可以看到所有指令的虚拟地址都大于0x80000000，说明内核（kernel.dll）处于高2G的虚拟地址空间中。 2）. 在“调用堆栈”窗口中双击main函数项，设置main函数的调用堆栈帧为活动的。在“反汇编”窗口中查看main函数的指令所在的虚拟地址都是小于0x80000000，说明应用程序（eosapp.exe）处于低2G的虚拟地址空间中。 3）. 在“调用堆栈”窗口中双击CreateProcess函数项，重新设置CreateProcess函数的调用堆栈帧为活动的。关闭“反汇编”窗口。 4）.接下来观察eosapi.c文件中CreateProcess函数的源代码，可以看到此函数只是调用了EOS内核函数PsCreateProcess并将创建进程所用到的参数传递给了此函数。所以，按F11可以调试进入create.c文件中的PsCreateProcess函数，在此函数中才开始执行创建进程的各项操作。 （5）调试PspCreateProcessEnvironment函数的步骤如下： 1）. 在PsCreateProcess函数中找到调用PspCreateProcessEnvironment函数的代码行（create.c文件的第163行），并在此行添加一个断点。 2）. 按F5继续调试，到此断点处中断。 3）. 按F11调试进入PspCreateProcessEnvironment函数。 由于PspCreateProcessEnvironment函数的主要功能是创建进程控制块并初始化其中的部分信息，所以在此函数的开始，定义了一个进程控制块的指针变量NewProcess。在此函数中查找到创建进程控制块的代码行（create.c文件的第418行） （5）按照下面的步骤调试进程控制块的创建过程： 1）. 在调用ObCreateObject函数的代码行（create.c文件的第418行）添加一个断点。 2）. 按F5继续调试，到此断点处中断。 3）. 按F10执行此函数后中断。 4）. 此时为了查看进程控制块中的信息，将表达式*NewProcess添加到“监视”窗口中。 5）. 将鼠标移动到“监视”窗口中此表达式的“值”属性上，会弹出一个临时窗口，在临时窗口中会按照进程控制块的结构显示各个成员变量的值（可以参考PROCESS结构体的定义）。由于只是新建了进程控制块，还没有初始化其中成员变量，所以值都为0。 （6）接下来调试初始化进程控制块中各个成员变量的过程： 1）. 首先创建进程的地址空间，即4G虚拟地址空间。在代码行（create.c文件的第437行） NewProcess->Pas = MmCreateProcessAddressSpace(); 添加一个断点。 2）. 按F5继续调试，到此断点处中断。 3）. 按F10执行此行代码后中断。 4）. 在“监视”窗口中查看进程控制块的成员变量Pas的值已经不再是0。说明已经初始化了进程的4G虚拟地址空间。 5）. 使用F10一步步调试PspCreateProcessEnvironment函数中后面的代码，在调试的过程中根据执行的源代码，查看“监视”窗口中*NewProcess表达式的值，观察进程控制块中哪些成员变量是被哪些代码初始化的，哪些成员变量还没有被初始化。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11）6）. 当从PspCreateProcessEnvironment函数返回到PsCreateProcess函数后，停止按F10。此时“监视”窗口中已经不能再显示表达式*NewProcess的值了，在PsCreateProcess函数中是使用ProcessObject指针指向进程控制块的，所以将表达式*ProcessObject添加到“监视”窗口中就可以继续观察新建进程控制块中的信息。 7）. 接下来继续使用F10一步步调试PsCreateProcess函数中的代码，同样要注意观察执行后的代码修改了进程控制块中的哪些成员变量。当调试到PsCreateProcess函数的最后一行代码时，查看进程控制块中的信息，此时所有的成员变量都已经被初始化了（注意观察成员ImageName的值）。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8）8）. 按F5继续执行，EOS内核会为刚刚初始化完毕的进程控制块新建一个进程。激活虚拟机窗口查看新建进程执行的结果。 9）. 在OS Lab中选择“调试”菜单中的“停止调试”结束此次调试。 10）. 选择“调试”菜单中的“删除所有断点”。 7. 练习通过编程的方式创建应用程序的多个进程 1）.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。 2）. 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。修改的代码在步骤5（1），运行截图如下。3）.修改代码，使一个进程创建不成功，验证其他九个进程正常进行。修改的代码在步骤5（2），运行截图如下四、实验体会遇到问题:用hello.exe同时创建10个进程时十个进程不同步，也不独立解决方法：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。对于不能创建成功的进程则直接结束这个进程并且弹出错误信息，之后转到下一个进程，使进程之间不互相影响。感想：通过这次实验，我对进程的相关知识增加了理解。有了动手实践的机会让我对于课本上进程的相关知识有了新的认识和更深的记忆。学习了如何创建进程和关闭句柄等，丰富了编程的相关知识。13
