读者-写者问题说明书

1、操作系统原理课程设计任务书题目：读者-写者问题学生姓名：刘兰馥班级：计算机科学与技术（2）班题目类型：软件工程（R）一、设计目的学号：09730210指导教师：王连相、陈文娟学生通过该题目的设计过程，掌握读者、写者问题的原理、软件开发方 法并提高解决实际问题的能力。、设计任务编写程序实现读者优先和写者优先问题：读者一写者问题的读写操作限制（包括读者优先和写者优先） 写一写互斥：即不能有两个写者同时进行写操作读一写互斥：即不能同时有一个读者在读，同时却有一个写者在写 读-读允许：可以有一个或多个在读。三、设计要求1）分析设计要求，给出解决方案（要说明设计实现所用的原理、采用的数据 结构）。2）设

2、计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。3）设计中遇到的问题，设计的心得体会。4）文档:课程设计打印文档每个学生一份，并装在统一的资料袋中，资料袋 前面要贴有学校统一的资料袋封面。5）光盘：每个学生文档和程序资料分别建在一个以自己学号和姓名命名的文 件夹下，并要求每班负责人汇总每个学生的文件放在以班级姓名命名的文件夹 下，刻录成5寸光盘，并复制四份（共五张内容相同的光盘），放在一个专门的 资料袋中，不必再装软盘。四、提交的成果1、设计任务书一本（学校统一格式）2、设计说明书一份，内容包括：1）中文摘要100字；关键字35个;2）设计思想；各模块的伪码算法4）函数的调用关系图；5）测试结果；

3、6）设计总结；7）参考文献,致谢等。五、各阶段时间安排（共2周）周次日期内容地点完成情况第一周星期一 二教师讲解设计要求查找参考资料教室2D302星期三五流程图设计，检查教室2D302第二周星期一 三算法设计,编程实现教室2C417星期四五检查程序，答辩教室2C417教师签名:摘要读者写者问题，是指保证一个 writer 进程必须与其他进程互斥地访问共享对象 的同步问题 .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, 读者必写者优先， 也就是说 , 读者和写者同时提出请求时 ,

4、 读者优先。 当读者提出请求 时需要有一个互斥操作，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

5、 ）操作失败而堵塞。关键字 : 读者优先、写者优先、线程、互斥、信号量。目录摘 要 3正 文 51、课程简介 . 51。1 课程设计任务描述 51.2 设计思想 51。3 合作团队 62、算法与数据结构 . 63、功能模块描述 . 84、测试及运行结果 . 11心得体会 15参考文献 16致谢 17源代码 18正文1、课程简介1.1 课程设计任务描述 初始条件 :1）操作系统 :Windows2）程序设计语言：C+语言3）设有 20个连续的存储单元，写入 /读出的数据项按增设定为 120这20个字符。要求完成的主要任务：（ 包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 。 技术要

6、求：1）为每个读者写者产生一个线程，设计正确的同步算法。2）每个读者/ 写者对该存储区进行操作后，即时显示该存储区的全部内容、当前指针位置和读者 / 写者线程的自定义标识符。3）读者应有 3 个以上，写者应有两个以上 .4）多个读者 / 写者之间须共享对存储区进行操作的函数代码 . 设计说明书内容要求：1）设计题目与要求2）总的设计思想及系统平台、语言、工具等。3）数据结构与模块说明 （ 功能与流程图）4）运行结果与运行情况1.2 设计思想 读者写者的读写限制（包括读者优先和写者优先 ）1）写写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作 ;2）读写互斥，即不能同时有一个读者在读，同时却有一个写者在写

7、 ;3）读读允许，即可以有 2个以上的读者同时读。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。 我们需要分两种情况实现该问题：读优先 : 要求指一个读者试图进行读操

8、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 .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。 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

9、显示。1.3 合作团队主要成员 ：戎福宏，刘兰馥，张桂芬。成员分工：张桂芬：实施设计计划，统筹安排任务，。 刘兰馥：查阅资料，设计流程图 , 调试程序，。 戎福宏: 设计分析程序，撰写报告册。2、算法与数据结构创建Person结构体 typedefstruct _PersonHANDLE m_hThread; /定义处理线程的句柄intm_nType； /进程类型（读写）intm_nStartTime； /开始时间intm_nWorkTime; 运行时间intm_nID； /进程号Person；intg_PersonLists =/进程队列1, W， 4， 5， 2， W, 16， 4, 3，

10、 R, 5， 2,4, W， 6, 5, 5, R， 4， 3，END，；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;EndPare ndEnd其中

11、,Swait(mx,1 ,0)语句起着开关作用，只要无 Writer进程进入些，mx=1, reader 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。3、功能模块描述void CreatePerson List(nt *pPerson Lists)int i=0;int *pList = pPerson Lists;bool Ret;while (pList0 !=

12、 END)switch(pList 1)caseR：Ret = CreateReader( pList2 ， pList 3 ,pList0 ); 351,w452,523, 654break; caseW:Ret = CreateWriter(pList2, pList 3,pList 0);break；读者优先:创建临界区1心心创建读者线程创建写者线程读完釋放资源DWORD WINAPI ReaderProc ( LPVOID IpParam)/读过程 Pers on *pPers on = ( Pers on *)lpParam;/ wait for the start timewhil

13、e (g_CurrentTime ! = pPersonm_nStartTime) 写者优先:WaitForSi ngleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE)；/ modify the writer's real start time pPers on->m_n StartTime = g_Curre ntTimeDWORD WINAPI WriterProc ( LPVOID lpParam)Person *pPerson = ( Person*)lpParam;/ wait for the start timewhile (g_CurrentT

14、ime != pPerson->m_nStartTime) 4、测试及运行结果测试数据文件包括 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， 各字段间用空格 分隔。第一字段为一个正整数 , 表示线程序号 . 第二字段表示相应线程角色， R 表示读 者是， W 表示写者。第三字段为一个正数 , 表示读写操作的开始时间。线程创建后， 延时相应时间（单位为秒）后发出对共享资源的读写申请。第四字段为一个正数, 表示读写操作的持续时间。 当线程读写申请成功后， 开始对共享资源的读写操作， 该操 作持续相应时间后结束 ,

15、 并释放共享资源 .下面是一个测试数据文件的例子：1, W,4， 5,2， W， 16, 4,3， R ， 5, 2,4， W, 6 ， 5，seated all the readeF and writerCurrent!ine = 1请按任意键继续CurrentT ine = 2请按任意鹤世续CufaentT ime = 3请按任意键继续-二Reader 5 is Request：inReader 5 is Reading the Shared Buffet* - .Writer 1 is Requesting *且韧七*MJBf *亠貝MXXX KMilX驚：WM4i9t-M七比貝翼tf屈

16、戦M凰貿且良員翼何Curi'entT ime = 4谙按任意键继续*.Reader 3 is Request：ifiQ w« .5, R , 4, 3,写进程1申请资源，而进程3正在使用进程进程5, 3依次释放资源进程 1释放资源，进程 4 正在使用资源 .在读者写者同时在队列中等待申请资时，读者优先调用资源 . 而且如果一个读者 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， 即读 读允许 .进程1是W操作,在时间4时进入队列,运行时间是5,在它进入时没有进程占用 资源，它既占用资源；直到它释放资源，等候的进程有 3， 4， 5；其他进程如截图所

17、示。心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实地掌握了有关“读者 -写者问题 ”实现的技巧，系统地理解和掌握 C 语言的基本概念、语言特点和编程技巧，在应用 C 语言在 程序设计方面得到系统锻炼，为将来用 C 进行软件开发打下良好基础。“ 读者 - 写者问题 “的编写，花的时间很多，也学到很多东西 .了解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信号量机制 .几天的试验，虽然难 度有点大，但只要自己花时间去学习，还是会攻克困难的 .在设计过程中虽然遇到了 一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查，终于找出了原因之所在， 也暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验不足

18、 . 实践出真知 ,通过亲自查阅资料和动 手设计，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改 , 善莫大焉，在课程设计过程中 我不断发现错误不断改正，不断领悟 ,不断获取。课程设计诚然是一门专业课，给我许多专业知识及专业技能上的提升, 同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了许多道 ,给了我很思 ,给了我莫大的空间。 同时我们的 工作是一个团队的工作，团队需要个人 , 个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精 神。某个人的离群都可能导致整个工作的失败。 实习中只有一个人知道原理是远远不 够的,必须让每个人都知道， 否则一个人的错误都可能导致整个工作的失败 .团结协作 是这次课程设计成功的重要保证， 而本

19、次课程设计正好锻炼这一点， 这也是非常宝贵 的这次课程设计终于顺利结束了 , 在设计过程中，我不仅巩固了以前所学过的知识， 而且在实践的过程中学到了很多在书本上没有学到过的知识， 更让我懂得了理论与实 际相结合是很重要的， 只有这样才能更好地提高自己的实际动手能力和独立思考的能 力。参考文献1、汤子瀛、哲凤屏 ?计算机操作系统 ?西安电子科技大学出版社；2、王青、李光明 ?计算机操作系统 ?冶金工业出版社；3、孙钟秀等 ?操作系统教程 ?高等教育出版社；4、岑明 ? Linux 操作系统应用教程 ?陕西科学技术出版社；5、张丽芬、刘立雄 ?操作系用实验教程 ?清华大学出版社；6、孟静 ?操作系

20、统教程原理和实例分析 ?高等教育出版社；7、周长林 ?计算机操作系统教程 ?高等教育出版社；8、张尧学?计算机操作系统教程 ?清华大学出版社 ;9、任满杰?操作系统原理实用教程 ?电子工业出版社。致谢经过两个星期的艰苦拼搏 , 在设计程序的过程中，让我认识到光学习书本知识是 远远不够的， 但在此基础上更要加强自己动脑动手分析调试程序的能力， 这次课设我 收获很多 .这次课设首先要感谢学校给了我这次实践的机会， 同时也是对自身的检验。 还有 多亏了老师们从理论到上机亲自指导 ,给予了我们最大帮助和全面指导， 在这里, 尤其 感谢我的操作系统的授课老师王连相、陈文娟老师，你不辞辛苦 , 在给很多学

21、生 指导的情况下还不厌其烦的给我们用心指导，在这里 , 我衷心向你致谢！同时，也非 常感谢和我一个组的其他两位同学， 我们作为一个团队， 在我遇到问题的时候她们给 了我很大的帮助和支持，谢谢你们 ! 在我陷入误区的时候，是热心的老师和同学们帮 助使我摆脱困境 , 在此再次感谢他们。在课设过程中， 真的应该衷心感谢所有给予我帮助和指导的老师和同学， 没有他 们的帮助我的程序也不会得到这样好的完善 , 也不能学到这么多的知识以及经验，真 的非常感谢。源代码includewindows。h>include ctype.h>#include stdio.h#include string.h

22、>include stdlib。 h>include malloc.h>#defineMAX_PERSON100#defineREADER0 /读者defineWRlTER1 /写者defineEND-1#defineRREADER#defineWWRlTERtypedef struct _PersonHANDLE m_hThread； /定义处理线程的句柄intm_nType； /进程类型（读写）intm_nStartTime; 开始时间intm_nWorkTime; 运行时间intm_nlD; 进程号 Person；Person g_Persons MAX_PERSON

23、；intg_NumPerson = 0；longg_CurrentTime= 0；/基本时间片数intg_PersonLists= /进程队列1，W, 4， 5， 2, W，16, 4， 3， R, 5， 2，4，W, 6， 5, 5, R， 4,3，END, ；intg_NumOfReading = 0;intg_NumOfWriteRequest = 0;/申请写进程的个数HANDLE g_hReadSemaphore； 读者信号HANDLE g_hWriteSem aphore;/ 写者信号bool finished = false; /所有的读完成/bool wfinished = f

24、alse ；/所有的写完成void CreatePersonLis(t int pPersonList)；bool CreateReade(r int StartTime，int WorkTime，int ID)； bool CreateWriter(int StartTime，int WorkTime,int ID)； DWORD WINAPIReaderProc(LPVOID lpParam);DWORD WINAPIWriterProc(LPVOID lpParam) ；int main()/创建信号灯，/创建信号灯，g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(

25、NULL ，1，100,NULL )； 当前可用的资源数为，最大为g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL ，1，100，NULL) ；当前可用的资源数为，最大为CreatePersonList(g_PersonLists);/ Create All the reader and writers printf( "Created all the reader and writer'n .。n");g_CurrentTime = 0；while(true)g_CurrentTime+；Sleep(300); / 300 mspr

26、intf("CurrentTime = dn"， g_CurrentTime); if(finished) return 0；system (” pause)”； / return 0;void CreatePersonLis(t int pPersonLists)int i=0 ；int *pList = pPersonLists；bool Ret;while(pList0 != END )switch(pList 1)caseR:Ret = CreateReader(pList2， pList3，pList0)；/351,w452,523,654 break； case

27、W：Ret = CreateWriter( pList 2,pList3,pList 0) ； break;if (！Ret)printf (” Create Person %d is wronng”， pList 0)；pList += 4; / move to next person listDWORD WINAPI ReaderProc ( LPVOID IpParam)/读过程Person *pPerson = ( Person*)IpParam；/ wait for the start time whiIe(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartT

28、ime)printf ("Reader d is Requesting 。.n",pPersonm_nID);printf (”nn * * * * * * n")；/ wait for the write requestWaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE); if (g_NumOfReading =0) WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore，INFINITE) ； g_NumOfReading+；ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore，,1N

29、ULL )； pPerson m_nStartTime = g_CurrentTime;printf( "Reader %d is Reading the Shared Buffer.n，" pPerson->m_nID)；printf ("nn * * * * * * * * ” n”);while (g_CurrentTime = pPerson m_nStartTime + pPerson>m_nWorkTime )printf( ” Readerd is Exit. 。 n”， pPerson >m_nID )printf(”nn* *

30、* * * * * * * * * * *n" )；WaitForSingleObject(g_hReadSemaphor，e INFINITE )； g_NumOfReading-;if (g_NumOfReading = 0)ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,，1 NULL) ；/此时没有读者，可以写 ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NUL)L; if(pPerson>m_nID = 4) finished = true； /所有的读写完成 ExitThread(0);return 0；DWORD

31、WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam)Person pPerson = ( Person) lpParam；/ wait for the start time while (g_CurrentTime ！= pPerson >m_nStartTime)printf(”Writerd is Requesting .。 n”,pPerson >m_nID);printf( "nn* * * * * * * * * * * * * * * n”WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore， INFINITE) ； / modify the writer'tasrtrteimalespPerson m_nStartTime = g_CurrentTime;printf( "Writer %d is Writting the Shared Buffer. 。 n",pPerson->m_nID);while (g_CurrentTime = pPerson-m_nStartTime + pPerson m_nWorkTime)printf( ” Writerd is Exit.。 n”，pPerson-m_nID);printf( ”nn* * * * * * * * * *