操作系统课程设计读者写者问题

1、计算机与信息学院操作系统 课程设计报告一、 开题报告（一） 该项课程设计的意义；1. 更加深入的了解读者写者问题的算法；2. 加深对线程，进程的理解；3. 加深对“线程同步”概念的理解，理解并应用“信号量机制”；4. 熟悉计算机对处理机的管理，了解临界资源的访问方式；5. 了解 C+中线程的实现方式，研读 API。（二） 课程设计的任务多进程 /线程编程：读者-写者问题。设置两类进程 / 线程，一类为读者，一类为写者；随机启动读者或写者；显示读者或写者执行状态；随着进程 /线程的执行，更新显示；（三） 相关原理及算法描述；整体概况：该程序从大体上来分只有两个模块, 即“读者优先”和“写者优先”

2、模块 .读者优先：如果没有写者正在操作，则读者不需要等待，用一个整型变量readcount 记录读者数目，用于确定是否释放读者线程， readcount 的初值为 0. 当线程开始调入时 . 每个读者准备读 . 等待互斥信号 , 保证对readcount的访问 , 修改互斥 . 即 readcount+. 而当读者线程进行读操作时,则读者数目减少 (readcount-).当 readcout=0时，说明所有的读者都已经读完，离开临界区唤醒写者(LeaveCriticalSection(&RP_Write);),释放互斥信号 (ReleaseMutex(h_Mutex).还需要一个互斥

3、对象mutex 来实现对全局变量Read_count 修改时的互斥 . 另外，为了实现写- 写互斥，需要增加一个临界区对象Write 。当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读 - 写互斥，当Read_count=1 时（即第一个读者到来时），读者线程也必须申请临界区对象的所有权写者优先：写者优先与读者不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当填加一个整形变量 write_count ，用于记录正在等待的写者的数目， write_count 的初值为 0. 当线程开始调入时 . 只允许

4、一个写者准备读 . 等待互斥信号 , 保证对 write_count 的访问 , 修改互斥 . 即 write_count+. 而当写者线程进行读操作时 , 则相应写者数目减少(write_count-).当 write_count=0时，说明所有的读者都已经读完，离开临界区唤醒读者, 释放互斥信号 .为了实现写者优先，应当填加一个临界区对象read ，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read 上。（四） 开发环境；VC+6.0（五） 预期设计目标；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

5、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。若读者的优先权比写者高, 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. 不必经过别的操件若读者的优先权比写者高, 如果第一个写者已经占有了文件的时候.则别的读者必需等待该操作完成后. 才能开始读操作 .若写者的优先权比读者高, 在一个写者提出要访问文件时，就必须使其尽可能的得到文件，而且不用调配。完成课程设计的任务，实现读者写者问题的全部要求，同时可以实现“读者优先”和“写者优先”两种情况，有时间的话，争取实现可视化图形界面。二、 课程设计报告（一） 课程设计任务、要求、目的；

6、任务和要求：多进程 /线程编程：读者-写者问题。设置两类进程 / 线程，一类为读者，一类为写者；随机启动读者或写者；显示读者或写者执行状态；随着进程 /线程的执行，更新显示；目的：1 更加深入的了解读者写者问题的算法；2 加深对线程，进程的理解；3 加深对“线程同步”概念的理解，理解并应用“信号量机制”；4 熟悉计算机对处理机的管理，了解临界资源的访问方式；5 了解 C+中线程的实现方式，研读 API 。（二） 原理及算法描述；写者优先原理图：读者优先原理图：算法描述：读者优先的附加限制：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。写者优先的附加限制：如果一

7、个读者申请进行读操作时已有另一个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。（三） 开发环境；VC+6.0（四） 重要算法和设计思路描述；整体概况：该程序从大体上来分只有两个模块, 即“读者优先”和“写者优先”模块 .读者优先：如果没有写者正在操作，则读者不需要等待，用一个整型变量readcount 记录读者数目，用于确定是否释放读者线程， readcount 的初值为 0. 当线程开始调入时 . 每个读者准备读 . 等待互斥信号 , 保证对readcount的访问 , 修改互斥 . 即 readcount+. 而当读者线程进行读操作时,则读者数目减少 (re

8、adcount-).当 readcout=0时，说明所有的读者都已经读完，离开临界区唤醒写者(LeaveCriticalSection(&RP_Write);),释放互斥信号 (ReleaseMutex(h_Mutex).还需要一个互斥对象mutex 来实现对全局变量Read_count 修改时的互斥 . 另外，为了实现写- 写互斥，需要增加一个临界区对象Write 。当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读 - 写互斥，当Read_count=1 时（即第一个读者到来时），读者线程也必须申请临界区对象的所有权写者优先：写者优先与读者不同之处在于一旦一个

9、写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当填加一个整形变量 write_count ，用于记录正在等待的写者的数目， write_count 的初值为 0. 当线程开始调入时 . 只允许一个写者准备读 . 等待互斥信号 , 保证对 write_count 的访问 , 修改互斥 . 即 write_count+. 而当写者线程进行读操作时 , 则相应写者数目减少(write_count-).当 write_count=0时，说明所有的读者都已经读完，离开临界区唤醒读者, 释放互斥信号 .为了实现写者优先，应当填加一个临界区对象read ，

10、当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read 上。（五） 程序实现 - 数据结构；相关 WindowsAPI说明 :CreateThread:创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程。ExitThreadSleep: 对指定的时间间隔挂起当前的执行线程CreateMutex: 创建有名或者无名的互斥对象ReleaseMutex:WaitForSingleObject:当发生 (1) 指定对象处于信号态(2) 超时则该函数返回WaitForMultipleObject:任意一个或全部指定对象处于信号态或超时间隔已过时，返回CreateSemapore: 创建一个有名或无名信号对象。Relea

11、seSemapore:InitializeCriticalSection:初始化临界区对象EnterCriticalSection:等待指定临界区对象的所有权。当调用线程被赋予所有权时，返回。LeaveCriticalSection:该函数释放指定临界区对象的所有权。（六） 程序实现 - 程序清单；#include<windows.h>/#include<ctype.h>/#include<stdio.h>/#include<string.h>/#include<stdlib.h>/#include<malloc.h>#i

12、nclude<iostream>usingnamespacestd;#defineMAX_PERSON100/最多 100 人#defineREADER0/ 读者#defineWRITER1/ 写者#defineEND-1/结束/#defineRREADER/#defineWWRITERtypedefstructHANDLEm_hThread;/定义处理线程的句柄intType;/进程类型（读写）intStartTime;/开始时间intWorkTime;/运行时间intID;/进程号Person;PersonPersonsMAX_PERSON;intNumOfPerson=0;l

13、ongCurrentTime=0;/基本时间片数intPersonLists=/进程队列1,WRITER,3,5,2,WRITER,16,5,3,READER,2,2,4,WRITER,6,5,5,READER,4,3,6,READER,17,7,END,;intNumOfReading=0;intNumOfWriteRequest=0;/申请写进程的个数HANDLEReadSemaphore;/读者信号HANDLEWriteSemaphore;/ 写者信号boolfinished=false;/所有的读完成/boolwfinished=false;/所有的写完成voidCreatePerso

14、nList(int*pPersonList);boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID);boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID);DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam);DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam);intmain()ReadSemaphore=CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL);/ 创建信号量，当前可用的资源数为1，最大为 100/*HANDLECreateSemaphore

15、(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,/lpSemaphoreAttributes 为安全属性LONGlInitialCount,/lInitialCount为 Semaphore的初始值LONGlMaximumCount,/lMaximumCount 为最大值LPCTSTRlpName/lpName为 Semaphore对象的名字， NULL表示创建匿名Semaphore);*/WriteSemaphore=CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL);/创建信号量，当前可用的资源数为1，最大为 100CreatePers

16、onList(PersonLists);/创建所有读者写者cout<<" 创建所有的读者写者"<<"n.n"CurrentTime=0;while(true)CurrentTime+;Sleep(300);/300mscout<<" 当前时间 ="<<CurrentTime<<endl;if(finished)return0;/return0;voidCreatePersonList(int*pPersonLists)inti=0;int*pList=pPersonLists

17、;boolRet;while(pList0!=END)switch(pList1)caseREADER:Ret=CreateReader(pList2,pList3,pList0);break;caseWRITER:Ret=CreateWriter(pList2,pList3,pList0);break;if(!Ret)printf("CreatePerson%diswrongn",pList0);pList+=4;/寻找下一个读者或者写者boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID)DWORDdwThreadID;if(N

18、umOfPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&PersonsNumOfPerson;pPerson->ID=ID;pPerson->StartTime=StartTime;pPerson->WorkTime=WorkTime;pPerson->Type=READER;NumOfPerson+;/ 新建进程pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);/*HANDLECrea

19、teThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,/pointertosecurityattributes安全属性DWORDdwStackSize,/initialthreadstacksize堆栈大小LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,/pointertothreadfunction函数指针LPVOIDlpParameter,/argumentfornewthreadDWORDdwCreationFlags,/creationflagsLPDWORDlpThreadId/pointertoreceiveth

20、readID);*/if(pPerson->m_hThread=NULL)returnfalse;returntrue;boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID)DWORDdwThreadID;if(NumOfPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&PersonsNumOfPerson;pPerson->ID=ID;pPerson->StartTime=StartTime;pPerson->WorkTime=WorkTime;pPerson->

21、Type=WRITER;NumOfPerson+;/ 新建进程pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);/*HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,/pointertosecurityattributes安全属性DWORDdwStackSize,/initialthreadstacksize堆栈大小LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,/pointe

22、rtothreadfunction函数指针LPVOIDlpParameter,/argumentfornewthreadDWORDdwCreationFlags,/creationflagsLPDWORDlpThreadId/pointertoreceivethreadID);*/if(pPerson->m_hThread=NULL)returnfalse;returntrue;DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam)/读过程Person*pPerson=(Person*)lpParam;/ 等待启动时间while(CurrentTime!=pPerson

23、->StartTime)/ 读操作还没有到达执行时间，则等待printf("Reader%disRequesting.n",pPerson->ID);printf("nn*n");/ 等待写者请求/ 该语句在写者优先的时候是认为写者优先级高于读者，在有写者的时候读者需要等候，而在读者优先的时候，不用判断是否存在写者，有读者时即开始读操作。while(NumOfWriteRequest!=0)/NumOfWriteRequest!=0表示有写者在等待，不能读/ 等待 ReadSemaphore读信号 , 即当 ReadSemaphore有信号时

24、等待结束，相当于 p 操作WaitForSingleObject(ReadSemaphore,INFINITE);/*DWORDWaitForMultipleObjects(CONSTHANDLE*lpHandles,/pointertotheobject-handlearrayDWORDdwMilliseconds/time-outintervalinmilliseconds);*/if(NumOfReading=0)/ 当第一个读者到了，如果 WriteSemaphore 信号灯灭了，说明有写者在写，读者必须等待，即互斥写操作WaitForSingleObject(WriteSemapho

25、re,INFINITE);NumOfReading+;/ 还有读者，但是允许下一个读进程读取，相当于V 操作ReleaseSemaphore(ReadSemaphore,1,NULL);/*BOOLReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphore,/lpReleaseCount参数表示要增加的数值LONGlReleaseCount,/lpPreviousCount参数用于返回之前的计算值，如果不需要可以设置为NULLLPLONGlpPreviousCount);*/ 启动读者pPerson->StartTime=CurrentTime;printf("Read

26、er%disReadingtheCriticalSection.n",pPerson->ID);printf("nn*n");while(CurrentTime<=pPerson->StartTime+pPerson->WorkTime)/. 执行读操作printf("Reader%disExit.n",pPerson->ID);printf("nn*n");WaitForSingleObject(ReadSemaphore,INFINITE);NumOfReading-;if(NumOfRea

27、ding=0)ReleaseSemaphore(WriteSemaphore,1,NULL);/此时没有读者，可以写ReleaseSemaphore(ReadSemaphore,1,NULL);if(pPerson->ID=6)finished=true;/所有的读写完成ExitThread(0);return0;DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam)Person*pPerson=(Person*)lpParam;/ 等待启动时间while(CurrentTime!=pPerson->StartTime)printf("Writer%disRequesting.n",pPerson->ID);printf("nn*n");NumOfWriteRequest+;/ 在写者优先的时候需要用自加来初始信号值，而在读者优先的时是通过读者操作来控制信号值WaitForSingleObject(WriteSemap