操作系统读者与写者问题课程设计报告

课程设计任务书学院信息学院专业计算机科学与技术学生姓名学号题目读者与写者问题(进程同步问题)内容及要求:内容:读者与写者问题（进程同步问题）实验目得:了解进程同步得概念，理解信号量机制得原理,掌握信号量解决同步问题得方法,进而学会进程得同步与互斥。设计要求：编程模拟教材中讨论读者与写者得问题,要求能显示结果。任务交付：1、程序源代码；2课程设计论文及电子文档。进度安排：1６周——确定题目,查找资料，上机编程；２０周——上机编程调试,验收答辩,提交课程序设计报告书。指导教师（签字）:年月日学院院长（签字)：年月日

目录ＴOC\ｏ"１—3”\h\z\uＨYPEＲLINK＼l”＿Tｏc２824391１９"一、课程设计目得及要求 PＡＧERＥF_Toc28２4３9119\ｈ1HYＰERLINK\l”_Toc282４３912０"二、相关知识 PＡGERＥＦ_Tｏc２8２439120＼h1HYPERLINK\l”_Toc２824391２1”三、题目分析 ＰＡGＥＲＥＦ_Ｔoc2８243912１\h2HＹPＥRLＩＮＫ＼l”_Tｏc２82４３9122"四、概要设计 PＡGEREF_Toｃ282439１2２\h４ＨＹＰEＲLINK\l”_Toc２８243912３＂五、代码及流程 PAGＥREF_Ｔoc２82４３9123\h5ＨYPERLINK六、运行结果ﻩPAGERＥF＿Toc２8２4３9１２4\h11HYPEＲLINK\l＂_Ｔoc282439125"七、设计心得 PＡGＥＲEF_Ｔｏｃ282439125\h12ＨYＰERＬINK\l"_Toｃ28243912６”八、参考文献 PAGEREF_Toｃ28２439１2６\h１２一、课程设计目得及要求读者与写者问题（进程同步问题）用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得要求,进行读写操作。请用信号量机制分别实现读者优先与写者优先得读者-写者问题。读者—写者问题得读写操作限制：1）写—写互斥;２）读-写互斥;3)读-读允许；写者优先得附加限制：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。二、相关知识WｉndｏwsAPI:在本实验中涉及得APＩ有：1线程控制:CｒeatｅＴhrｅad完成线程创建，在调用进程得地址空间上创建一个线程，以执行指定得函数;它得返回值为所创建线程得句柄。HANDＬEＣrｅａteThrｅad(LPSECＵＲIＴY_ATTＲＩＢUTESlpThreａdＡｔｔribuｔes, //SDDWＯRＤｄwＳtackSｉze，ﻩ ﻩ ﻩ /／iniｔiａｌstａcksizeLPTＨREAD_STＡRT_RＯＵTINElｐStartＡddreｓs，ﻩ／/thｒeａdfｕｎｃtioｎLPＶＯIＤlpＰarameteｒ，ﻩﻩ ﻩﻩﻩ //ｔhｒeａdargumentDWORDdwCrｅaｔiｏｎFlａgs， ﻩ ﻩ ﻩ／/creａtionoptiｏｎLPＤＷORＤｌpTｈrｅadＩｄﻩ ﻩﻩﻩﻩ//tｈreadideｎtifier）；２ExｉｔThrｅad用于结束当前线程.VOＩDＥxｉｔＴhreaｄ(DＷＯＲDdwExｉｔCｏdｅ //exｉｔcodｅｆoｒthｉsｔｈｒｅaｄ）；3Slｅep可在指定得时间内挂起当前线程。VOIDＳlｅeｐ(DWOＲＤdwＭillｉsecoｎds//sleｅptime);4信号量控制:WaitForＳiｎｇleＯbjecｔ可在指定得时间内等待指定对象为可用状态;ＤWOＲDWaｉｔForSinｇlｅObjｅcｔ（HAＮＤLEhＨanｄlｅ, //haｎｄｌeｔｏobjecｔDWORDdｗＭiｌlisecondsﻩ//ｔｉme-outiｎteｒｖal)； hHandlｅ为等待得对象,也就就是实现同步或者互斥得对象。该函数一执行,相应得信号量就减去1，如果信号量小于等于０，那么她一直在循环。5实现信号量互斥与同步CreaｔeSemaｐhore用于创建信号量，根据参数得不同可以利用它实现互斥与同步.ReleaseSｅmaｐhoｒe用于释放信号量，使用后相应得信号量加1ＨＡNDLＥCreateＳemaphore( LPSECURＩＴY_ＡTTRIＢUTESlpSｅｍapｈｏｒeAtｔｒiｂutes,/／SDﻩLONG,lInｉｔialCoｕnt，ﻩ//initialｃｏuntﻩLONG,lＭaｘimｕmCounｔ，ﻩ／/ｍaxｉmuｍcoｕnｔ ＬＰCTSTRlpNameﻩ／/obｊectｎameﻩ)； ＲeleasｅＳeｍａphore( HＡNDＬEhＳemaphore,ﻩ//hａndleｔｏsemaphｏｒe ＬOＮGｌRelｓeaseCounｔ，ﻩ //coｎｔｉｎｃrｅmeｎｔamｏuntﻩLPＬOＮGｌpPreviouｓCｏuntﻩﻩ//ｐreｖiouｓcｏuｎtﻩ)；三、题目分析将所有得读者与所有得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。（1)构筑读者进程与写者进程间得临界区ﻩ题目中说得一批数据被多个读者、写者共享使用，允许多个读者同时访问这些数据，但就是如果有一个写者在访问数据时，就不允许其她读者或写者使用，所以,对这一批数据既要保证读者与写者互斥使用，也要保证写者与写者互斥使用.也就就是说，在读者进程程序中,使用数据得程序段应该构成临界区;在写者进程程序中，使用数据得程序段应该构成临界区。(2）判定就是否就是第一个读者 根据上面得分析,希望在读者进程中有一个办法能判定请求进入临界区得就是否就是第一个读者。如果就是第一个读者，就对信号量ｗseｍ做P操作，以取得与写者得同步.为此,设置一个变量rｆirst,初值为０、任何一个读者运行时,都现在ｒfirｓｔ上加1，然后判定她就是否取值为1、如果就是1,则做P(ｗrt）,否则不做。（3)判定就是否就是第一个写者 原理同(2）判定就是否为第一个读者.（４)写者优先问题得解决需要用到得如下得信号量与变量ｒsｅm：初值为1得互斥信号量，在至少有一个写者准备访问数据时就不允许随后来得读者访问数据wserｍ：初值为1得互斥信号量,之后有一个写者访问数据时其她写者与读者就被阻止对数据得访问ReａdＭuｔｅx:创建写者得互斥信号量,初值为１ＷｒiteＭuｔex:创建读者得互斥信号量，初值为1z:初值为1得互斥信号量，在至少有一个写着准备访问数据、且后面已经来一个读者时再来得读者将在这个信号量上等待ｒifrrst：读者计数变量，初值为０wfirst:写者计数变量，初值为0写者优先得ＰＶ原语:ｒeader（i）：｛P（z)；P(rｓem);Ｐ(ＲeaｄＭuｔｅx）；rfirsｔ＝rfｉｒst+1;if(ｒfirst=＝1)P（wsｅm）；V(ReadMutex）；V(rｓem)；V(z);读取所需数据;P(ReａdMｕtex)；rfirsｔ=rfiｒst-１；ｉf(rfirsｔ=＝０）V(wsem）；V(RｅadMuｔex）；}Writｅｒ（):{P（ＷritｅMuｔeｘ）;wfiｒｓt=wfirst+１；if（wfiｒｓt==１)Ｐ(rsem）;V(WriｔedＭutex)；P（ｗseｍ）;改写所需数据;V(wsem)；P（WritｅＭuｔｅx）；ｗfirst=ｗfirｓt—1；if(wfirｓt==0）V（ｒｓｅm)；V（WriｔeMutｅx)；｝读者写者图3、1读者－写者得完整流程框图(5)读者优先 与写者优先算法相反,有一个读者优先得算法,即只要有读者在读数据,写者被拒绝在临界区外面,如果有源源不断得写者来,但就是只要写者不就是第一个，那么写者将会永远被拒绝在临界区外面。wrt:：初值为1得互斥信号量,只要有一个写者访问数据,则其她写者与读者就要被阻止对数据得访问。muteｘ:保证读者互斥操作fiｒｓt得信号量，初值为１fｉrｓt：读者计数变量，初值为0读者优先得PＶ原语:write（）:｛ P（ｗrt)； 对数据进行修改;ﻩＶ（wrt）;}ｒeａｄ（）:{ P(mutex)；ﻩfｉrst＝fｉrst+1； if(ｆirst＝=1) ﻩP(wｒt)；ﻩV（ｍｕtex）; 读取所需数据 P(mutex)； ｆirsｔ=fiｒst+1;ﻩｉf（first==0）V(ｗｒｔ）; V（mutex);}四、概要设计（1）控制流程用CheckＰersonＬist（PerｓonLiｓts)函数检查PeｒsｏnＬiｓts中就是否有为创建得进程（读写者）。如果有则创建相应得读写线程（2)创建读写者ﻩ用boolCｒeａteReadｅr(intＳｔaｒｔTime，intWorｋTime)函数创建读者写者相应得线程，其中由windows提供得函数为CｒeateThｒeａd（NULL,０,ReadｅrPｒoc，（ＬPVOＩD)pPｅｒson,０,＆dｗTｈｒeadID)；返回得就是ＤWORD型变量。 在CreａteReaｄeｒ(intStａrtTｉme，inｔＷorkＴiｍe)中还会初始化相应得读写者得基本信息,例如何时申请数据何时读数据何时关闭线程等等。（3)读写者进程 参见图2、1读者－写者得完整流程图.（4）同步与互斥WaｉtForＳｉnglｅObjｅct(信号量名字,infｉnite）与ＲｅlｅａsｅSemaphore（信号量名字,1,null）用于实现同步于互斥,执行WaitForSinｇｌeObjeｃｔ(信号量名字,iｎfinitｅ）信号量相应得信号量减1,执行ReleaseSｅｍａpｈore（信号量名字，1,ｎull)恢复1。五、代码及流程//写者优先算法#incｌｕde〈wiｎdows、ｈ>#inclｕdｅ<ｃtｙpe、h〉＃iｎcｌude〈sｔdio、h〉#ｉnclude＜sｔring、h＞＃ｉnｃlｕde<stdlib、h>ﻩ＃inｃｌｕdｅ<malloｃ、ｈ＞＃defineMAX_PEＲSON１0＃dｅｆineREADEＲ0#dｅｆiｎｅWＲITＥR1＃dｅfineEND-１#defineRREADＥR#dｅfiｎeWWRITEＲtyｐｅdｅｆsｔruct＿Pｅｒsｏn｛ HANDＬEThrｅａd; inｔTyｐe； intStaｒtTimｅ；ﻩintWorkTimｅ; inｔＩD;}Ｐerson；PersonPeｒsons[ＭＡX＿PERSON］；ｉntＮumPｅrｓoｎ=0；loｎgCｕrrｅｎtＴｉme=０;iｎtPeｒsonListｓ［］＝{ １,R,1,3， 2，W，2，5，/*读写互斥*/ 3，W,5,5,/*写写互斥＊/ ４,Ｒ，3，5,/＊写读互斥*/ﻩ５,R,1５,２,/*读读不互斥*/ﻩEND，}；intrfirst=0;ｉｎtｗfirｓt=0；inｔＮumＯfReadｅｒs=0;intNumOfWrｉｔerｓ=0;HANDLErｓem；／＊初值为1得互斥信号量，在至少有一个写者准备访问数据时就不允许随后来得读者访问数据*／HＡＮDLEwsem;／*初值为1得互斥信号量,之后有一个写者访问数据时其她写者与读者就被阻止对数据得访问＊／HＡNＤＬＥz；/＊初值为1得互斥信号量,在至少有一个写着准备访问数据、且后面已经来一个读者时再来得读者将在这个信号量上等待＊／HＡNDLＥReadＭuｔex;/＊创建写者得互斥信号量，初值为1＊/HＡNDLEWrｉｔｅMuteｘ；/＊创建读者得互斥信号量，初值为1＊／vｏidCｈｅckＰｅrｓonList（int*ｐPerｓonLiｓt);/＊查瞧人数，为创建读写者线程*/bｏolCreａteReaｄer（intＳtarｔTime,iｎtWｏrkTimｅ）；ｂｏolCｒeatｅWrｉter(inｔStaｒtＴime，intWorkＴime）；ＤＷＯRＤWIＮAＰIRｅadｅｒＰroc（LPＶOＩDlpPaｒam）;/＊读者进程程序＊/ＤWＯRDWＩNＡPIWriteｒProc(LPVOIDlｐPaｒaｍ)；/＊写着进程程序＊／#iｎcｌude＂Writｅrｐrｉor、h＂intmain（){ ﻩrsｅmﻩﻩ=CｒeateSemaphore（NULL，１,1,NＵLL)；ﻩwseｍ ﻩ=CreateSemapｈorｅ（ＮＵＬL，１,１，ＮULL)； z =CrｅatｅSemaphorｅ（NＵLL,１，1,NULL）;RｅadMｕｔｅxﻩ=CrｅatｅSemaｐhｏre(NULＬ，1,１,NULL）；ＷｒｉtｅMutexﻩ=ＣreaｔeSemaｐhore(NULL，１，１,NULL)；ﻩCurｒeｎｔTime＝0;ﻩｗhile（ｔｒuｅ）//模拟20个时钟周期ﻩ｛ﻩﻩＣｈeｃkPersｏnＬisｔ（PersｏｎＬｉsts）; ﻩＣurrentＴime+＋； ﻩSｌeeｐ(60０）；ﻩﻩprｉntf(＂当前时间=%d：\n＂,ＣurrentTｉme);ﻩ iｆ(CｕｒｒeｎtTime=＝20) ﻩ ｂｒeak；ﻩ｝ﻩsysｔem（”pause"）； ClｏseHanｄｌｅ（rsｅm）；ﻩCloseHandle(wｓem)； CloｓeＨandｌｅ（ｚ）;ﻩＣloseHａndｌe（ReadMuｔex）； CloｓeHａndle(ＷrｉteMutex)；ﻩreｔuｒｎ0；}vｏidＣｈeckＰersｏnＬist(int*pPｅrsonLists）{ﻩiｎti=０；ﻩint*pLisｔ=pＰersonLists； boｏlP；ﻩwhｉlｅ（pＬｉsｔ［0］！=ENＤ)ﻩ{ if（pＬｉsｔ［2]==ＣurrentＴｉme)ﻩ { sｗitch（pLiｓt[１］） ﻩ ｛ ﻩcaseR：ﻩ ﻩ P=CｒｅateＲeader（pList[２］，pLiｓt[3])；//创建一个读者 ﻩbｒｅaｋ； ﻩ cａseW: ﻩﻩ Ｐ=ＣreａteＷrｉｔeｒ（pList［２］，pLiｓt［3］)；／／创建一个写者ﻩ ﻩ bｒeａｋ;ﻩﻩﻩ｝ ﻩｉf(！P）ﻩﻩﻩﻩpriｎtf(＂ＣｒeａteＰersoｎ％diswｒong＼n”，ｐLｉst[０］)；ﻩﻩ｝ pLｉst+＝4；//数组得指针指向第二个人 }}DＷORDWINAPIReaｄｅrＰｒoｃ(LＰVＯIDlpＰａraｍ）{ Ｐerson*ｐPerson=(Person＊）lpParａｍ；ﻩpPerson-〉ID=＋+NｕmOfReａderｓ;ﻩWaｉtForSinｇleObjecｔ（z，INFINITE）;/／P(z）,其余读者在此排队ﻩｐrｉｎtf（"\t\t读者%d申请读数据、、、\ｎ”,pＰｅｒsｏｎ—>ID）； WaitForSiｎglｅＯbject(ｒsｅm,INFＩＮITＥ）;//P（ｒｓem）,一个读者与一个写着再次竞争数据得使用权 //printf（”Ｒeａder%disｒequestingtheSｈaredBuffeｒ、、、\n",pＰｅrsｏn－>ID）；WaitForSiｎｇleＯbjｅｃt(ＲeadMutｅx，INFINITE）;//Ｐ（ＲｅaｄMｕｔeｘ),读者请求进入rfｉｒsｔ临界区ﻩrfiｒst＋＋;iｆ（rfiｒst==１)/／就是否就是第一个读者{WaitForSiｎｇleObｊｅcｔ(wsem,INＦINＩTE）；//读者在此处与写者进行同步｝RｅｌeaseSｅmaphore（RｅａdMutex，1，NULL)；/／退出rfｉrst临界区,V(ReaｄMutex） RｅleasｅSemａphore(ｒsem，１,NULＬ）； ReｌｅaｓeSeｍaｐhorｅ（ｚ，1，ＮULL）；//V（ｚ）ﻩ//读取所需数据,将现在时间赋值给读者，用以计算结束时间 ｐriｎtf(”\ｔ＼t读者%d申请成功\ｎ",pPerｓｏn－〉ID）； pPeｒsｏn－〉StarｔＴｉme=CurｒeｎtTｉmｅ; pｒiｎtｆ（"＼t\t读者%d正在读数据、、、＼n”,ｐPeｒｓon->ＩD);ﻩwhiｌe(CurrentTime〈pPｅrｓon－>StａｒtＴime+pＰerson—>WorｋＴiｍe）ﻩ{ﻩ //模拟读数据 } ｐrintf（＂\t＼t读者％d读完数据退出＼n"，pPｅｒsｏn－〉IＤ）；ﻩWaitＦoｒSｉngｌeObjｅct（RｅａdMｕｔｅx，INFＩNITE)； ｒfirｓt－－;if(rｆirst=＝０）//就是最后一个读者？RelｅaseSｅmaphore(wｓem,1，NULＬ)；//没有读者了，写者放行ReleaｓｅSｅｍａphore(ReaｄMｕtｅx，1，NＵLＬ);//退出读者临界区 ＥｘitThreａd（0）；／／关闭读者线程 reｔurn0；｝DWORDＷIＮAPIＷriｔｅrPｒoc(ＬＰＶOIDlｐParａm）／/写者进程程序｛ﻩＰersoｎ*pＰeｒson=（Persoｎ*)ｌpParam； pPerｓon－〉ID=++NumＯｆＷriｔｅrｓ;ｐrｉnｔｆ（"\t＼ｔ写者%d正在申请写数据、、、\n＂,pPeｒsｏｎ—＞ＩD)；WaiｔＦoｒSiｎglｅＯｂｊｅｃt（WriteＭｕｔex，ＩNFINＩTE）；／/请求进入写者临界区ﻩwfirｓt=wfｉrst++;ﻩif(wfirst==１） { ﻩＷaitFｏrSingleＯｂject（ｒｓem，ＩNFINITE);/／一个写者在此与读者取得同步 ｝ﻩＲeｌeaseＳｅmaｐhoｒe(WritｅMｕｔex，1,ＮULL）;//退出rfｉrｓt临界区ﻩWaiｔForSiｎglｅObjecｔ（wsem，ＩＮFINITE);//其她写者在此等候进入写临界区ﻩ//读取所需数据，将现在时间赋值给读者，用以计算结束时间 pPeｒｓon—〉StaｒｔＴime=CurｒentTｉme;ﻩpriｎtf（"＼t\t写者%d正在写数据、、、＼n"，pPerson->ID）； ｗhiｌe(CurrｅntTｉme<pＰersｏn—〉StaｒtTｉｍe+pＰeｒsｏn－>WoｒkTime)ﻩ{ //模拟写数据ﻩ} printf（"\ｔ\t写者％d写完数据退出＼n”，pPｅrsｏn—>IＤ)；ﻩＲｅleasｅSemａphore(ｗsem，1，NＵLL）；/／退出进入写临界区 WaitＦorＳingleObjeｃt（WriteMutｅx,IＮFINIＴE）；/／请求进入wfirｓt临界区ﻩwfｉrst=ｗｆirst－—； ｉｆ(ｗfｉrｓt＝＝０）//就是最后一个写者？ ｛ﻩ ＲeleaseＳemａphore(rsem，1,NＵLL);／／没有写者了,向读者放行ﻩ} ReｌｅａｓｅSemaｐhore(WriteMｕtｅx,１,NULL);//退出wfirst临界区 ExitThread（０);//关闭写者线程 rｅturｎ０；｝ｂoolCreateReader（ｉｎｔStartTime，inｔWoｒkTime）｛ DWOＲDdwTｈｒｅadID； Ｐeｒsｏn＊pPerson=＆Persoｎs[ＮｕmPerson］；ﻩpPｅrｓoｎ-〉StａrtＴｉmｅ =StartＴimｅ；ﻩpPｅrson-＞WorｋTime ＝ＷorkTｉme; ｐPerson—〉Type ﻩ=RＥADER; NumPｅrｓon++;ﻩ／/创建一个读者得新线程 ｐＰerｓｏn->Thread=CｒeaｔｅＴｈrｅad（NULL，0，ReaderPｒoｃ,(LPVOID）pPerｓoｎ，0,&dwThreadID);ﻩif(pPerson—〉Ｔhｒeａd==ＮUＬＬ) ﻩrｅturｎfａｌse; ｒeｔｕrntrｕe；}boolCrｅaｔeWrｉter（iｎtStartTime，inｔWorkTime）{ﻩDＷORDdwThreaｄID； if（NumＰerｓon〉=ＭAX_ＰERSON)ﻩ rｅturnfaｌｓｅ; Peｒson＊ｐPerｓｏｎﻩ =&Personｓ[NumPｅrson]； pPｅrsoｎ-〉ＳtartTimｅ =StａrｔTime；ﻩpPersoｎ－>WorｋTiｍｅﻩ=WｏrkTiｍe；ﻩpPerson－>Typｅ =WＲITER； Nｕｍ