操作系统课程设计报告——读者写者问题.doc

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1、操作系统课程设计课 题：读者写者问题姓 名：赫前进班 级：1020552学 号102055211指导教师：叶瑶提交时间：2012/12/30（一）实验目的1.进一步理解 “临界资源” 的概念；2.把握在多个进程并发执行过程中对临界资源访问时的必要约束条件；3.理解操作系统原理中 “互斥” 和 “同步” 的涵义。（二）实验内容利用程序设计语言编程，模拟并发执行进程的同步与互斥（要求：进程数目不少于 3 个）。（三）、程序分析读者写者问题的定义如下：有一个许多进程共享的数据区，这个数据区可以是一个文件或者主存的一块空间；有一些只读取这个数据区的进程（Reader）和一些只往数据区写数据的进程(Wr

2、iter)，此外还需要满足以下条件：（1） 任意多个读进程可以同时读这个文件；（2） 一次只有一个写进程可以往文件中写；（3） 如果一个写进程正在进行操作，禁止任何读进程度文件。实验要求用信号量来实现读者写者问题的调度算法。实验提供了signal类，该类通过P( )、V( )两个方法实现了P、V原语的功能。实验的任务是修改Creat_Writer()添加写者进程，Creat_Reader()创建读者进程。Reader_goon()读者进程运行函数。读优先：要求指一个读者试图进行读操作时，如果这时正有其他读者在进行操作，他可直接开始读操作，而不需要等待。读者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读

3、操作时已有另一读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。写优先：一个读者试图进行读操作时，如果有其他写者在等待进行写操作或正在进行写操作，他要等待该写者完成写操作后才开始读操作。写者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读操作时已有另一写者在等待访问共享资源，则该读者必须等到没有写者处于等待状态后才能开始读操作。在Windows 7 环境下，创建一个控制台进程，此进程包含 n 个线程。用这 n 个线程来表示 n 个读者或写者。每个线程按相应测试数据文件（格式见下）的要求进行读写操作。用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者/写者问题。运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请

4、、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确定所有处理都遵守相应的读写操作限制。测试数据文件包括 n 行测试数据，分别描述创建的 n 个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。每行测试数据包括4个字段，各个字段间用空格分隔。 第一个字段为一个正整数，表示线程序号 第二个字段表示相应线程角色，R 表示读者，W 表示写者 第三个字段为一个正数，表示读/写操作的开始时间：线程创建后，延迟相应时间（单位为秒）后发出对共享资源的读/写请求 第四个字段为一正数，表示读/写操作的持续时间：线程读写请求成功后，开始对共享资源的读/写操作，该操作持续相应时间后结束，并释放共享资源例如：

5、1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3读者写者问题是操作系统中经典的互斥问题：一块数据被多个读者和写者的访问，需要考虑读写互斥、写写互斥（可以同时由多个读者读取）。具体的又可以分为读者优先和写者优先两类。读者优先算法：当新的读者到来的时候，若当前正有读者在进行读操作，则该读者无需等待前面的写操作完成，直接进行读操作。设置两个互斥信号量：rwmutex 用于写者与其他读者/写者互斥的访问共享数据rmutex 用于读者互斥的访问读者计数器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); 读数据； P(rmutex); Readcount-; If (readcount = 0) V(rwmutex); V(rmutex); End Writerj begin / j = 1,2,. P(rwmutex); 写更新； V(rwmutex); EndCoend写者优先：条件：1）多个读者可以同时进行读2）写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）3）写者优先于读者（一

7、旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）设置三个互斥信号量：rwmutex 用于写者与其他读者/写者互斥的访问共享数据rmutex 用于读者互斥的访问读者计数器readcountnrmutex 用于写者等待已进入读者退出，所有读者退出前互斥写操作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); /有读者进入

8、，互斥写操作 V(rmutex); V(rwmutex); / 及时释放读写互斥信号量，允许其它读、写进程申请资源 读数据； P(rmutex); Readcount-; If (readcount = 0) V(nrmutex); /所有读者退出，允许写更新 V(rmutex); End Writerj begin / j = 1,2,. P(rwmutex); / 互斥后续其它读者、写者 P(nrmutex); /如有读者正在读，等待所有读者读完 写更新； V(nrmutex); /允许后续新的第一个读者进入后互斥写操作 V(rwmutex); /允许后续新读者及其它写者 EndCoend

9、/*-函数声明-*/void Creat_Writer(); /添加一个写者void Del_Writer(); /删除一个写者void Creat_Reader(); /添加一个读者void Reader_goon(); /读者进程运行函数void R_Wakeup(); /唤醒等待读者void Del_Reader(); /删除一个读者void Show(); /显示运行状态 /*= class signal =*/class signal /信号量对象.private:int value;int queue; /用int型数据模拟等待队列.public:signal();signal(i

10、nt n);int P(); /检查临界资源int V(); /释放临界资源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; (thread.dat,ios:in); if() printf( Error.n); return 0; while(filethreadNum) thread_infothreadNum-1.num=threadNum; filethread_infothreadNum-1.type; filethread_infothreadNum-1.start; filethread_infothreadNum-1.time; totaltime+=thread_infothreadNum-1.ti

16、me; 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-1.num); threadthreadNum-

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

18、count=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 , que

19、ue = 1 ;/ fmutex - access to file; rdcntmutex - access to readcount/ wtcntmutex - access to writecount int readcount = 0 ,writecount = 0 ;void reader() while ( 1 ) P(queue);/申请队列信号 P(rdcntmutex);/修改readcount，互斥 if ( readcount=0) P(fmutex);/access to file 互斥 readcount = readcount + 1 ; V(rdcntmutex);

20、/释放 V(queue);/释放 / Do read operation P(rdcntmutex); readcount = readcount - 1 ; if ( readcount=0) V(fmutex); V(rdcntmutex); void writer() while ( 1 ) P(wtcntmutex); if ( writecount=0) P(queue); writecount = writecount + 1 ; V(wtcntmutex); P(fmutex); / Do write operation V(fmutex); P(wtcntmutex); writecount = writecount - 1 ; if ( writecount=0) V(queue); V(wtcntmutex);