操作系統(tǒng)課程設計報告——讀者寫者問題

1、操作系統(tǒng)課程設計課 題：讀者寫者問題姓 名：赫前進班 級：1020552學 號102055211指導教師：葉瑤提交時間：2012/12/30（一）實驗目的1.進一步理解 “臨界資源” 的概念；2.把握在多個進程并發(fā)執(zhí)行過程中對臨界資源訪問時的必要約束條件；3.理解操作系統(tǒng)原理中 “互斥” 和 “同步” 的涵義。（二）實驗內(nèi)容利用程序設計語言編程，模擬并發(fā)執(zhí)行進程的同步與互斥（要求：進程數(shù)目不少于 3 個）。（三）、程序分析讀者寫者問題的定義如下：有一個許多進程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，這個數(shù)據(jù)區(qū)可以是一個文件或者主存的一塊空間；有一些只讀取這個數(shù)據(jù)區(qū)的進程（Reader）和一些只往數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)的進程(Wr

2、iter)，此外還需要滿足以下條件：（1） 任意多個讀進程可以同時讀這個文件；（2） 一次只有一個寫進程可以往文件中寫；（3） 如果一個寫進程正在進行操作，禁止任何讀進程度文件。實驗要求用信號量來實現(xiàn)讀者寫者問題的調(diào)度算法。實驗提供了signal類，該類通過P( )、V( )兩個方法實現(xiàn)了P、V原語的功能。實驗的任務是修改Creat_Writer()添加寫者進程，Creat_Reader()創(chuàng)建讀者進程。Reader_goon()讀者進程運行函數(shù)。讀優(yōu)先：要求指一個讀者試圖進行讀操作時，如果這時正有其他讀者在進行操作，他可直接開始讀操作，而不需要等待。讀者優(yōu)先的附加限制：如果一個讀者申請進行讀

3、操作時已有另一讀者正在進行讀操作，則該讀者可直接開始讀操作。寫優(yōu)先：一個讀者試圖進行讀操作時，如果有其他寫者在等待進行寫操作或正在進行寫操作，他要等待該寫者完成寫操作后才開始讀操作。寫者優(yōu)先的附加限制：如果一個讀者申請進行讀操作時已有另一寫者在等待訪問共享資源，則該讀者必須等到?jīng)]有寫者處于等待狀態(tài)后才能開始讀操作。在Windows 7 環(huán)境下，創(chuàng)建一個控制臺進程，此進程包含 n 個線程。用這 n 個線程來表示 n 個讀者或寫者。每個線程按相應測試數(shù)據(jù)文件（格式見下）的要求進行讀寫操作。用信號量機制分別實現(xiàn)讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先的讀者/寫者問題。運行結果顯示要求：要求在每個線程創(chuàng)建、發(fā)出讀寫操作申請

4、、開始讀寫操作和結束讀寫操作時分別顯示一行提示信息，以確定所有處理都遵守相應的讀寫操作限制。測試數(shù)據(jù)文件包括 n 行測試數(shù)據(jù)，分別描述創(chuàng)建的 n 個線程是讀者還是寫者，以及讀寫操作的開始時間和持續(xù)時間。每行測試數(shù)據(jù)包括4個字段，各個字段間用空格分隔。 第一個字段為一個正整數(shù)，表示線程序號 第二個字段表示相應線程角色，R 表示讀者，W 表示寫者 第三個字段為一個正數(shù)，表示讀/寫操作的開始時間：線程創(chuàng)建后，延遲相應時間（單位為秒）后發(fā)出對共享資源的讀/寫請求 第四個字段為一正數(shù)，表示讀/寫操作的持續(xù)時間：線程讀寫請求成功后，開始對共享資源的讀/寫操作，該操作持續(xù)相應時間后結束，并釋放共享資源例如：

5、1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3讀者寫者問題是操作系統(tǒng)中經(jīng)典的互斥問題：一塊數(shù)據(jù)被多個讀者和寫者的訪問，需要考慮讀寫互斥、寫寫互斥（可以同時由多個讀者讀取）。具體的又可以分為讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先兩類。讀者優(yōu)先算法：當新的讀者到來的時候，若當前正有讀者在進行讀操作，則該讀者無需等待前面的寫操作完成，直接進行讀操作。設置兩個互斥信號量：rwmutex 用于寫者與其他讀者/寫者互斥的訪問共享數(shù)據(jù)rmutex 用于讀者互斥的訪問讀者計數(shù)器readcountvar rwmutex, rmutex ： semaphore := 1,1 ；int readcount

6、= 0;cobegin readeri begin / i=1,2,. P(rmutex); Readcount+; If (readcount = 1) P(rwmutex); V(rmutex); 讀數(shù)據(jù)； P(rmutex); Readcount-; If (readcount = 0) V(rwmutex); V(rmutex); End Writerj begin / j = 1,2,. P(rwmutex); 寫更新； V(rwmutex); EndCoend寫者優(yōu)先：條件：1）多個讀者可以同時進行讀2）寫者必須互斥（只允許一個寫者寫，也不能讀者寫者同時進行）3）寫者優(yōu)先于讀者（一

7、旦有寫者，則后續(xù)讀者必須等待，喚醒時優(yōu)先考慮寫者）設置三個互斥信號量：rwmutex 用于寫者與其他讀者/寫者互斥的訪問共享數(shù)據(jù)rmutex 用于讀者互斥的訪問讀者計數(shù)器readcountnrmutex 用于寫者等待已進入讀者退出，所有讀者退出前互斥寫操作var rwmutex, rmutex，nrmutex ： semaphore := 1，1，1 ；int readcount = 0;cobegin readeri begin / i=1,2,. P(rwmutex); P(rmutex); Readcount+; If (readcount = 1) P(nrmutex); /有讀者進入

8、，互斥寫操作 V(rmutex); V(rwmutex); / 及時釋放讀寫互斥信號量，允許其它讀、寫進程申請資源 讀數(shù)據(jù)； P(rmutex); Readcount-; If (readcount = 0) V(nrmutex); /所有讀者退出，允許寫更新 V(rmutex); End Writerj begin / j = 1,2,. P(rwmutex); / 互斥后續(xù)其它讀者、寫者 P(nrmutex); /如有讀者正在讀，等待所有讀者讀完 寫更新； V(nrmutex); /允許后續(xù)新的第一個讀者進入后互斥寫操作 V(rwmutex); /允許后續(xù)新讀者及其它寫者 EndCoend

9、/*-函數(shù)聲明-*/void Creat_Writer(); /添加一個寫者void Del_Writer(); /刪除一個寫者void Creat_Reader(); /添加一個讀者void Reader_goon(); /讀者進程運行函數(shù)void R_Wakeup(); /喚醒等待讀者void Del_Reader(); /刪除一個讀者void Show(); /顯示運行狀態(tài) /*= class signal =*/class signal /信號量對象.private:int value;int queue; /用int型數(shù)據(jù)模擬等待隊列.public:signal();signal(i

10、nt n);int P(); /檢查臨界資源int V(); /釋放臨界資源int Get_Value();int Get_Queue();/#include #include#include#includeusing namespace std;const int MaxThread=20; struct ThreadInfo int num; char type; double start; double time; thread_infoMaxThread;HANDLE hX; HANDLE hWsem; HANDLE threadMaxThread; int readcount; do

11、uble totaltime; void WRITEUNIT(int iProcess) printf(Thread %d begins to write.n,iProcess); Sleep(DWORD)(thread_infoiProcess-1.time*1000); printf(End of thread %d for writing.n,iProcess);void READUNIT(int iProcess) printf(Thread %d begins to read.n,iProcess); Sleep(DWORD)(thread_infoiProcess-1.time*1

12、000); printf(End of thread %d for reading.n,iProcess);DWORD WINAPI reader(LPVOID lpVoid) int iProcess = *(int*)lpVoid; Sleep(DWORD)(thread_infoiProcess-1.start*1000); DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE); printf(Thread %d requres reading.n,iProcess); readcount+; if(readcount=1)WaitForSing

13、leObject(hWsem,INFINITE); ReleaseMutex(hX); READUNIT(iProcess); wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE); readcount-; if(readcount=0) ReleaseSemaphore(hWsem,1,0); ReleaseMutex(hX); return iProcess;DWORD WINAPI writer(LPVOID lpVoid) int iProcess = *(int*)lpVoid; Sleep(DWORD)(thread_infoiProcess-1.st

14、art*1000); printf(Thread %d requres writing.n,iProcess); DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hWsem,INFINITE); WRITEUNIT(iProcess); ReleaseSemaphore(hWsem,1,0); return iProcess; int main() int threadNum; int threadcount; ifstream file; hX=CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); hWsem=CreateSemaphore(NULL,1,1,

15、NULL); /? readcount=0; threadcount=0; totaltime=0; file.open(thread.dat,ios:in); if(file=0) printf(File Open Error.n); return 0; while(filethreadNum) thread_infothreadNum-1.num=threadNum; filethread_infothreadNum-1.type; filethread_infothreadNum-1.start; filethread_infothreadNum-1.time; totaltime+=t

16、hread_infothreadNum-1.time; switch(thread_infothreadNum-1.type) case W: printf(Creating Thread %d for writing.n,thread_infothreadNum-1.num); threadthreadNum-1 = CreateThread(NULL, 0,writer, &thread_infothreadNum-1.num,0,0); break; case R: printf(Creating Thread %d for reading.n,thread_infothreadNum-

17、1.num); threadthreadNum-1 = CreateThread(NULL, 0,reader, &thread_infothreadNum-1.num,0,0); break; threadcount+; file.close(); Sleep(DWORD)(totaltime*1000); return 1;/semaphore fmutex = 1 , rdcntmutex = 1 ;/ fmutex - access to file; rdcntmutex - access to readcount int readcount = 0 ;void reader() wh

18、ile ( 1 ) P(rdcntmutex); if ( readcount=0) P(fmutex); readcount = readcount + 1 ; V(rdcntmutex); / Do read operation P(rdcntmutex); readcount = readcount - 1 ; if ( readcount=0) V(fmutex); V(rdcntmutex); void writer() while ( 1 ) P(fmutex); / Do write operation V(fmutex); /semaphore fmutex = 1 , rdcntmutex = 1 , wtcntmutex = 1 , queue = 1 ;/ fmutex - access to file; rdcntmutex - access to rea