北理工操作系统读者-写者问题实验报告

1、实验二：读者写者问题班级： 学号： 姓名： 实验二：读者写者问题一、实验目的1. 通过编写和调试程序以加深对进程、线程管理方案的理解；2. 熟悉Windows多线程程序设计方法；二、实验要求在Windows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（后面介绍）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问题。读者-写者问题的读写操作限制（包括读者优先和写者优先）1） 写-写互斥：不能有两个写者同时进行写操作2） 读-写互斥：不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。3） 读-读允许：可以有一个或多个读者在读。读者优

2、先的附加限制：如果读者申请进行读操作时已有另一个读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写申请、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。每行测试数据包括四个字段，每个字段间用空格分隔。第1个字段为正整数，表示线程的序号。第2个字段表示线程的角色，R表示读者，W表示写者。第3个字段为一个正数，表示读写开始时间：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申请。第4个字段为

3、一个正数，表示读写操作的延迟时间。当线程读写申请成功后，开始对共享资源进行读写操作，该操作持续相应时间后结束，释放该资源。下面是一个测试数据文件的例子(在记事本手工录入数据)：1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3三、实验环境硬件设备：个人计算机。系统软件：windows操作系统，Visual C+6.0编译环境。四、实验原理所谓读者写者问题，可以这样的描述，有一群写者和一群读者，写者在写同一本书，读者也在读这本书，多个读者可以同时读这本书，但是，只能有一个写者在写书，并且，读者比写者优先，也就是说，读者和写者同时提出请求时，读者优先。当读者提出请求时需要有

4、一个互斥操作，另外，需要有一个信号量S来当前是否可操作。信号量机制是支持多道程序的并发操作系统设计中解决资源共享时进程间的同步与互斥的重要机制，而读者写者则是这一机制的一个经典范例。与记录型信号量解决读者写者问题不同，信号量机制它增加了一个限制，即最多允许RN个读者同时读。为此，又引入了一个信号量L,并赋予初值为RN，通过执行wait（L,1,1）操作，来控制读者的数目，每当有一个读者进入时，就要执行wait（L,1,1）操作，使L的值减1。当有RN个读者进入读后，L便减为0，第RN+1 个读者要进入读时，必然会因wait（L,1,1）操作失败而堵塞。对利用信号量来解决读者写者问题的描述如下：

5、Var RN integer;L,mx:semaphore: =RN,1；BeginParbeginReader :beginRepeatSwait（L,1,1）;Swait（mx,1,0）;Perform reader operation;Ssignal(L,1);Until false;EndWriter ：beginRepeatSwait(mx ,1,1,l,RN,0);Perform writer operation;Ssignal(mx,1);Until false;EndParendEnd其中，Swait（mx,1,0）语句起着开关作用，只要无Writer进程进入些，mx=1，re

6、ader进程就都可以进入读。但是要一旦有Writer进程进入写时，其MX=0，则任何reader进程就都无法进入读。Swait(mx ,1,1,l,RN,0)语句表示仅当既无Write进程在写（mx=1），又无reader进程在读（L=RN）时，writer进程才能进入临界区写。将所有的读者和所有的写者分别放进两个等待队列中，当读允许时就让读者队列释放一个或多个读者，当写允许时，释放第一个写者操作。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

7、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。程序由三部分组成：1.读者模块：包括系统调用接口，读者活动描述主程序。系统接口主要功能是通过管道向父进程发送系统调用命令，并读取父进程送来的返回值。2.写者模块：包括系统调用接口，写者活动描述主程序。读者-写者活动程序根据临界资源的共享，互斥原则编制。3.主控模块：主控模块实现系统初始化系统调用命令接收与解释执行，系统调用功能的实现（包括信号量机制），及读者-写者活动过程记录与显示。五、实验结果使用的测试文件如下：1 R 3 52 W 4 53 R 5

8、 24 R 6 55 W 5.1 3读者优先：按时间顺序，进程1发送读请求，并进入读文件。2发送写请求，读写互斥，不能进行写操作。3发送读请求，并开始读。5发送写请求，同进程2。4发送读请求，并开始读。按时间顺序，进程1,3,4先后完成读操作，2开始写操作，写操作不能同时进行，2完成写操作后，5才能开始写操作。写着优先：按时间顺序，进程1发送读请求，并进入读文件。2发送写请求，读写互斥，不能进行写操作，3发送读请求，5发送写请求，4发送读请求。1完成读请求后，由于写者优先，2进行写操作，并且其他操作不能进行。2完成写操作后，5进行写操作。完成后按顺序先后同时进行3，4读操作。六、感想体会七、实

9、验代码# include "windows.h"# include <conio.h> # include <stdlib.h> # include <fstream.h> # include <io.h> # include <string.h> # include <stdio.h> # define READER 'R'/ 读者 # define WRITER 'W'/ 写者 # define INTE_PER_SEC 1000/ 每秒时钟中断数目# define

10、MAX_THREAD_NUM 64/ 最大线程数目# define MAX_FILE_NUM 32/ 最大数据文件数目# define MAX_STR_LEN 32/ 字符串长度int readcount = 0;/ 读者数目 int writecount = 0;/ 写者数目CRITICAL_SECTION RP_Write;/ 临界区 CRITICAL_SECTION cs_Write; CRITICAL_SECTION cs_Read; struct ThreadInfo intserial;/ 线程序号charentity;/ 线程类别 (判断是读者线程还是写者线程)doubledel

11、ay;/ 线程延迟doublepersist;/ 线程读写操作持续时间 ;/ 读者优先-读者线程/ p: 读者线程信息void RP_ReaderThread(void* p) / 互斥变量HANDLE h_Mutex;h_Mutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, "mutex_for_readcount" ) ;DWORD wait_for_mutex;/ 等待互斥变量所有权DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 读文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息m_se

12、rial = ( (ThreadInfo*) (p) ) -> serial;m_delay = (DWORD) ( ( (ThreadInfo*) (p) ) -> delay*INTE_PER_SEC) ;m_persist = (DWORD) ( ( (ThreadInfo*) (p) ) -> persist*INTE_PER_SEC) ;Sleep(m_delay) ;/ 延迟等待printf( "Reader thread %d sents the reading require.n" , m_serial) ; / 等待互斥信号，保证对rea

13、dcount的访问、修改互斥wait_for_mutex = WaitForSingleObject (h_Mutex, -1) ;/ 读者数目增加readcount +;if (readcount = 1) / 第一个读者，等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write) ; ReleaseMutex(h_Mutex) ;/ 释放互斥信号/ 读文件printf( "Reader thread %d begins to read file.n" , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf("

14、Reader thread %d finished reading file.n" , m_serial) ;/ 等待互斥信号，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_Mutex, -1) ;/ 读者数目减少readcount -;if (readcount = 0) / 如果所有读者读完，唤醒写者LeaveCriticalSection(&RP_Write) ; ReleaseMutex(h_Mutex) ;/ 释放互斥信号 / 读者优先-写者线程/ p: 写者线程信息void RP_Writer

15、Thread(void* p) DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 写文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息m_serial = ( (ThreadInfo*) (p) ) -> serial;m_delay = (DWORD) ( ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> delay * INTE_PER_SEC) ;m_persist = (DWORD) ( ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> persist * INTE_PER_SEC) ;Sleep(m_delay) ;

16、/ 延迟等待printf("Writer thread %d sents the writing require.n" , m_serial) ;/ 等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write);/ 写文件printf( "Writer thread %d begins to write to the file.n" , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf("Writer thread %d finishing writing to the file.n"

17、; , m_serial) ;/ 释放资源LeaveCriticalSection(&RP_Write) ;/ 读者优先处理函数/ file: 文件名void ReaderPriority(char * file) DWORD n_thread = 0;/ 线程数目DWORD thread_ID;/ 线程IDDWORD wait_for_all;/ 等待所有线程结束/ 互斥对象HANDLE h_Mutex;h_Mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "mutex_for_readcount" ) ;/ 线程对象的数组HANDLE h_Thr

18、ead MAX_THREAD_NUM ;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM ;readcount = 0;/ 初始化readcountInitializeCriticalSection(&RP_Write) ;/ 初始化临界区ifstream inFile;inFile.open(file) ;/ 打开文件printf("Reader Priority: n n" ) ;while (inFile)/ 读入每一个读者、写者的信息inFile >> thread_infon_thread.serial;inFile &

19、gt;> thread_infon_thread.entity;inFile >> thread_infon_thread.delay;inFile >> thread_infon_thread + .persist;inFile.get() ; for (int i = 0; i < (int) (n_thread) ; i +) if (thread_infoi.entity = READER | thread_infoi.entity = 'r' )/ 创建读者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0, (L

20、PTHREAD_START_ROUTINE) (RP_ReaderThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;else / 创建写者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) (RP_WriterThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ; / 等待所有线程结束wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_thread, h_Thread, TRUE, -1) ;printf(&

21、quot;All reader and writer have finished operating.n" ) ; / 写者优先-读者线程/ p: 读者线程信息 void WP_ReaderThread(void * p) / 互斥变量HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, "mutex1" ) ;HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, "mutex2" ) ;DWORD wai

22、t_for_mutex1;/ 等待互斥变量所有权DWORD wait_for_mutex2;DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 读文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息m_serial = ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> serial;m_delay = (DWORD) ( ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> delay * INTE_PER_SEC) ;m_persist = (DWORD) ( ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> persist *

23、INTE_PER_SEC) ;Sleep(m_delay) ;/ 延迟等待printf("Reader thread %d sents the reading require.n" , m_serial) ;wait_for_mutex1 = WaitForSingleObject(h_Mutex1, -1) ;/ 进入读者临界区EnterCriticalSection(&cs_Read) ;/ 阻塞互斥对象mutex2，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex2 = WaitForSingleObject(h_Mutex2, -1) ;

24、 / 修改读者数目readcount +;if (readcount = 1) / 如果是第一个读者，等待写者写完EnterCriticalSection(&cs_Write) ; ReleaseMutex(h_Mutex2) ;/ 释放互斥信号mutex2/ 让其他读者进入临界区LeaveCriticalSection(&cs_Read) ;ReleaseMutex(h_Mutex1) ;/ 读文件printf("Reader thread %d begins to read file.n" , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/

25、 退出线程printf("Reader thread %d finished reading file.n" , m_serial) ;/ 阻塞互斥对象mutex2，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex2 = WaitForSingleObject(h_Mutex2, -1) ;readcount - ;if (readcount = 0)/ 最后一个读者，唤醒写者LeaveCriticalSection(&cs_Write) ; ReleaseMutex(h_Mutex2) ;/ 释放互斥信号/ 写者优先-写者线程/ p: 写者线程

26、信息void WP_WriterThread(void * p) DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 写文件持续时间int m_serial;/ 线程序号DWORD wait_for_mutex3;/ 互斥对象HANDLE h_Mutex3;h_Mutex3 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, "mutex3" ) ; / 从参数中获得信息m_serial = ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> serial;m_delay = (DWORD) ( ( (ThreadInfo

27、* ) (p) ) -> delay * INTE_PER_SEC) ;m_persist = (DWORD) ( ( (ThreadInfo* ) (p) ) -> persist * INTE_PER_SEC) ;Sleep(m_delay) ;/ 延迟等待printf("Writer thread %d sents the writing require.n" , m_serial) ;/ 阻塞互斥对象mutex3, 保证对writecount的访问、修改互斥wait_for_mutex3 = WaitForSingleObject(h_Mutex3, -

28、1) ;writecount + ;/ 修改写者数目if (writecount = 1)/ 第一个写者，等待读者读完EnterCriticalSection(&cs_Read) ; ReleaseMutex(h_Mutex3) ;/ 进入写者临界区EnterCriticalSection(&cs_Write) ;/ 写文件printf("Writer thread %d begins to write to the file.n" , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf("Writer thread

29、 %d finishing writing to the file.n" , m_serial) ;/ 离开临界区LeaveCriticalSection(&cs_Write) ;/ 阻塞互斥对象mutex3，保证对writecount的访问、修改互斥wait_for_mutex3 = WaitForSingleObject(h_Mutex3, -1) ;writecount -;if (writecount = 0)/ 写者写完，读者可以读LeaveCriticalSection(&cs_Read) ;ReleaseMutex(h_Mutex3) ; / / / /

30、 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 写者优先处理函数/ file: 文件名void WriterPriority(char * file)DWORD n_thread = 0;/ 线程数目DWORD thread_ID;/ 线程IDDWORD wait_for_all;/ 等待所有线程结束/ 互斥对象HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1 = Cre

31、ateMutex(NULL, FALSE, "mutex1" ) ;HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2 = CreateMutex(NULL, FALSE, "mutex2" ) ;HANDLE h_Mutex3;h_Mutex3 = CreateMutex(NULL, FALSE, "mutex3" ) ;/ 线程对象HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM ;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM ;readcount = 0;/ 初始化readcountwrite

32、count = 0; / 初始化writecountInitializeCriticalSection(&cs_Write) ;/ 初始化临界区InitializeCriticalSection(&cs_Read) ;ifstream inFile;inFile.open(file) ;/ 打开文件printf("Writer Priority: n n" ) ;while (inFile)/ 读入每一个读者、写者的信息inFile >> thread_infon_thread.serial;inFile >> thread_info

33、n_thread.entity;inFile >> thread_infon_thread.delay;inFile >> thread_infon_thread +.persist;inFile.get() ;for (int i = 0; i < (int) (n_thread) ; i +)if (thread_infoi.entity = READER | thread_infoi.entity = 'r' )/ 创建读者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) (WP_ReaderThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;else / 创建写者线程h_Threadi = CreateThr