操作系统课程设计报告——读者写者问题_读者写者课程设计
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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(Writer)，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、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。
Ø
第一个字段为一个正整数，表示线程序号
Ø
第二个字段表示相应线程角色，R 表示读者，W 表示写者
Ø
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
Ø
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： 1 R 3 5 2 W 4 5 3 R 5 2 4 R 6 5 5 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readcount var rwmutex, rmutex ： semaphore := 1,1 ； int readcount = 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);
End Coend 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readcount nrmutex 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，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
End Coend //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /*---------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
/*===============
cla
signal
===============*/ cla 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(int 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 #include using namespace std;const int MaxThread=20;
struct ThreadInfo
{
int num;
char type;
double start;
double time;
}thread_info[MaxThread];
HANDLE hX;
HANDLE hWsem;
HANDLE thread[MaxThread];int readcount;double totaltime;
void WRITEUNIT(int iProce){
printf(“Thread %d begins to write.n”,iProce);
Sleep((DWORD)(thread_info[iProce-1].time*1000));
printf(“End of thread %d for writing.n”,iProce);}
void READUNIT(int iProce){
printf(“Thread %d begins to read.n”,iProce);
Sleep((DWORD)(thread_info[iProce-1].time*1000));
printf(“End of thread %d for reading.n”,iProce);}
DWORD
WINAPI
reader(LPVOID
lpVoid){
int iProce
=
*(int*)lpVoid;
Sleep((DWORD)(thread_info[iProce-1].start*1000));
DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE);
printf(“Thread %d requres reading.n”,iProce);
readcount++;
if(readcount==1)WaitForSingleObject(hWsem,INFINITE);
ReleaseMutex(hX);
READUNIT(iProce);
wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE);
readcount--;
if(readcount==0)
ReleaseSemaphore(hWsem,1,0);
ReleaseMutex(hX);
return iProce;}
DWORD
WINAPI
writer(LPVOID
lpVoid){
int iProce
=
*(int*)lpVoid;
Sleep((DWORD)(thread_info[iProce-1].start*1000));
printf(“Thread %d requres writing.n”,iProce);
DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hWsem,INFINITE);
WRITEUNIT(iProce);
ReleaseSemaphore(hWsem,1,0);
return iProce;}
int main(){
int threadNum;
int threadcount;
ifstream file;
hX=CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
hWsem=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);
//???
readcount=0;
threadcount=0;
totaltime=0;
file.open(“thread.dat”,ios::in);
if(file==0)
{
printf(“File Open Error.n”);
return 0;
}
while(file>>threadNum)
{
thread_info[threadNum-1].num=threadNum;
file>>thread_info[threadNum-1].type;
file>>thread_info[threadNum-1].start;
file>>thread_info[threadNum-1].time;
totaltime+=thread_info[threadNum-1].time;
switch(thread_info[threadNum-1].type)
{
case 'W':
printf(“Creating Thread %d writing.n”,thread_info[threadNum-1].num);
thread[threadNum-1]
=
CreateThread(NULL, &thread_info[threadNum-1].num,0,0);
break;
case 'R':
printf(“Creating Thread %d reading.n”,thread_info[threadNum-1].num);
thread[threadNum-1]
=
CreateThread(NULL, &thread_info[threadNum-1].num,0,0);
break;
}
threadcount++;
}
file.close();
Sleep((DWORD)(totaltime*1000));
return 1;} ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// semaphore fmutex = 1 , rdcntmutex = 1;// fmutex--> acce to file;rdcntmutex--> acce to readcount int readcount = 0;void reader(){
while(1)
for 0,writer, for 0,reader,{
P(rdcntmutex);
if(readcount==0)
P(fmutex);
readcount = readcount + 1;
V(rdcntmutex);
// Do read operation
P(rdcntmutex);
readcount = readcount1;
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);
} }
