操作系統(tǒng)讀者寫者實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2009年11月30日至12月11日指導(dǎo)教師： 成績(jī)：課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目具 體 要 求滿 分得 分學(xué)習(xí)態(tài)度學(xué)習(xí)認(rèn)真，態(tài)度端正，遵守紀(jì)律，出勤情況良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作。20工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。20設(shè)計(jì)說明書質(zhì)量設(shè)計(jì)方案正確、表達(dá)清楚；設(shè)計(jì)思路、方法科學(xué)合理；達(dá)到課程設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的要求；圖、表、文字表達(dá)準(zhǔn)確規(guī)范，上交及時(shí)。30答辯陳述和回答問題陳述簡(jiǎn)明扼要，思路清晰，清楚流利，回答問題準(zhǔn)確，基本概念清楚，有理有據(jù)，有一定深度。30評(píng)定成績(jī)指導(dǎo)教師簽名年 月 日一設(shè)計(jì)說明（四號(hào)，宋體，加粗）通

2、過學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，與之前的語句基礎(chǔ)相結(jié)合，用C語言來編寫讀者寫著問題。讀者寫者問題（readwrite problem）是一個(gè)經(jīng)典的并發(fā)程序設(shè)計(jì)問題。有兩組并發(fā)進(jìn)程：讀者和寫者，共享一個(gè)問題F，要求：（1）允許多個(gè)讀者可同時(shí)對(duì)之執(zhí)行讀操作；（2）只允許一個(gè)寫者往文件中寫信息；（3）任一寫者在完成寫操作之前不允許其他讀者或者寫者工作；（4）寫者執(zhí)行寫操作前，應(yīng)讓已有的寫者和讀者全部退出。二工作原理（四號(hào)，宋體，加粗）讀者和寫者問題是典型是經(jīng)典的進(jìn)程同步問題，進(jìn)程同步任務(wù)是使并發(fā)的諸進(jìn)程之間有效的共享資源，相互合作，從而保證程序的可再現(xiàn)性。在讀者寫者問題中，允許多個(gè)讀者同時(shí)讀一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，因?yàn)樽x文件

3、不會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生混亂，但絕不允許一個(gè)寫者進(jìn)程與其他讀者進(jìn)程或?qū)懻哌M(jìn)程同時(shí)訪問該數(shù)據(jù)對(duì)象。文件是諸進(jìn)程能互斥訪問臨界資源，讀者進(jìn)程和寫者進(jìn)程，寫者進(jìn)程和寫者進(jìn)程之間的互斥。在讀者進(jìn)程中，可以有多個(gè)讀者在讀數(shù)據(jù)庫，在讀者進(jìn)程的計(jì)數(shù)要互斥，以免發(fā)生錯(cuò)誤，同時(shí)注意當(dāng)?shù)谝粋€(gè)讀者進(jìn)程讀時(shí)，一定要封鎖寫者進(jìn)程。當(dāng)讀者進(jìn)程逐漸撤離時(shí)，也要針對(duì)計(jì)數(shù)變量進(jìn)行互斥操作，若當(dāng)前為最后一個(gè)讀者進(jìn)程時(shí)，讀完后，則喚醒寫者進(jìn)程。當(dāng)寫者進(jìn)程在進(jìn)行寫操作時(shí)，可以封鎖其他讀者或?qū)懻哌M(jìn)程，當(dāng)寫操作完成時(shí)，喚醒其他讀者或?qū)懻哌M(jìn)程。所以分析了以下4種可能發(fā)生的情況： 第 1 種情況: 讀者的優(yōu)先權(quán)比寫者高，而且，不用調(diào)配。 所有讀者的優(yōu)

4、先權(quán)都比寫者的優(yōu)先權(quán)高，而且，不用調(diào)配。一個(gè)讀者需要等待的唯一情況是，一個(gè)寫者已經(jīng)占用了文件。一個(gè)寫者可以取得文件的條件是，沒有一個(gè)讀者處在等待狀態(tài)或正在讀文件。允許讀者們結(jié)盟，以便能長(zhǎng)期占用文件，而禁止寫者的寫。 第 2 種情況: 在一個(gè)讀者已經(jīng)占有了文件的時(shí)候，全體讀者的優(yōu)先權(quán)才比寫者高。 在沒有任何一個(gè)讀者在讀文件時(shí)，讀者的優(yōu)先權(quán)和寫者的優(yōu)先權(quán)相同。相反，如果有一個(gè)讀者正在讀文件，則其余的各讀者都可以讀文件，而不管有多少寫者處在等待狀態(tài)。所有讀者都有權(quán)結(jié)盟，以便壟斷文件。 第 3 種情況: 寫者的優(yōu)先權(quán)比讀者的優(yōu)先權(quán)高。 在一個(gè)寫者提出要訪問文件時(shí)，就必須使其盡可能的得到文件，而且不用調(diào)

5、配。也就是說，在出現(xiàn)這一請(qǐng)求時(shí)，占據(jù)著文件的各進(jìn)程都被執(zhí)行完以后，寫者可以立即得到文件。因此，在文件已為一寫者請(qǐng)求之后到來的那些讀者都必須等待，盡管某些讀者正在應(yīng)用文件，也是如此。所有寫者可以結(jié)盟，以便能長(zhǎng)期禁止讀者的讀。 第 4 種情況: 所有寫者的和所有讀者有相同的優(yōu)先權(quán)高，哪一類都不會(huì)有比另一類更高的優(yōu)先權(quán)。 如果一個(gè)讀者正在應(yīng)用文件，則在一個(gè)寫者請(qǐng)求文件之前到來的全體讀者，都能讀文件，而之后到來的讀者或?qū)懻?，則要等待，不必區(qū)分他們屬于哪一類進(jìn)程。如果一個(gè)寫者正在寫文件，則所有新到來的請(qǐng)求都必須等待。在這一寫者寫完之后，它就要喚醒處在等待隊(duì)列中的排在第一個(gè)位置的進(jìn)程。如果此時(shí)有幾個(gè)讀者連

6、續(xù)排在等待隊(duì)列中的最前面各位置上，則它們可以同時(shí)讀文件。三詳細(xì)設(shè)計(jì)（四號(hào)，宋體，加粗）了解讀者寫者問題的基本思想結(jié)構(gòu)，我們需要在Linux和windows環(huán)境下運(yùn)行，選擇語言在這里我選的是C語言。讀者-寫者的讀寫限制（包括讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先） 1）寫-寫互斥，即不能有兩個(gè)寫者同時(shí)進(jìn)行寫操作 2）讀-寫互斥，即不能同時(shí)有一個(gè)讀者在讀，同時(shí)卻有一個(gè)寫者在寫 3）讀讀允許，即可以有2個(gè)以上的讀者同時(shí)讀 讀者優(yōu)先的限制： 如果一個(gè)讀者申請(qǐng)讀操作時(shí)，已經(jīng)有一個(gè)讀者在讀，則該讀者可以直接讀 寫者優(yōu)先的限制： 如果一個(gè)讀者申請(qǐng)讀操作時(shí)，有寫者在等待訪問共享資源時(shí)，則該讀者要等到?jīng)]有寫者處于等的狀態(tài)時(shí)才能開始

7、讀操作 測(cè)試數(shù)據(jù)的格式 在文件 thread.dat 中， 1 r 3 5 2 w 4 5 . 其中第一個(gè)代表線程的ID，第二個(gè)字段代表是讀操作還是寫操作，第三個(gè)字段代表操作的開始時(shí)間，第4個(gè)字段是持續(xù)時(shí)間。 分析： 將所有的讀者和所有的寫者分別放進(jìn)兩個(gè)等待隊(duì)列中，當(dāng)讀允許時(shí)就讓讀者隊(duì)列釋放一個(gè)或多個(gè)讀者，當(dāng)寫允許時(shí)，釋放第一個(gè)寫者操作。 讀者優(yōu)先： 如果沒有寫者正在操作，則讀者不需要等待，用一個(gè)整型變量readcount記錄當(dāng)前的讀者數(shù)目，用于確定是否釋放寫者線程，（當(dāng)readcout=0 時(shí)，說明所有的讀者都已經(jīng)讀完，釋放一個(gè)寫者線程），每個(gè) 讀者開始讀之前都要修改readcount,為了

8、互斥的實(shí)現(xiàn)對(duì)readcount 的修改，需要一個(gè)互斥對(duì)象Mutex來實(shí)現(xiàn)互斥。 另外，為了實(shí)現(xiàn)寫-寫互斥，需要一個(gè)臨界區(qū)對(duì)象 write,當(dāng)寫者發(fā)出寫的請(qǐng)求時(shí)，必須先得到臨界區(qū)對(duì)象的所有權(quán)。通過這種方法，可以實(shí)現(xiàn)讀寫互斥，當(dāng)readcount=1 時(shí)，（即第一個(gè)讀者的到來時(shí)，），讀者線程也必須申請(qǐng)臨界區(qū)對(duì)象的所有權(quán). 當(dāng)讀者擁有臨界區(qū)的所有權(quán)，寫者都阻塞在臨界區(qū)對(duì)象write上。當(dāng)寫者擁有臨界區(qū)對(duì)象所有權(quán)時(shí)，第一個(gè)判斷完readcount=1 后，其余的讀者由于等待對(duì)readcount的判斷，阻塞在Mutex上！ 寫者優(yōu)先： 寫者優(yōu)先和讀者優(yōu)先有相同之處，不同的地方在：一旦有一個(gè)寫者到來時(shí)，應(yīng)

9、該盡快讓寫者進(jìn)行寫，如果有一個(gè)寫者在等待，則新到的讀者操作不能讀操作，為此添加一個(gè)整型變量writecount,記錄寫者的數(shù)目，當(dāng)writecount=0時(shí)才可以釋放讀者進(jìn)行讀操作！ 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)全局變量writecount的互斥訪問，設(shè)置了一個(gè)互斥對(duì)象Mutex3。 為了實(shí)現(xiàn)寫者優(yōu)先，設(shè)置一個(gè)臨界區(qū)對(duì)象read,當(dāng)有寫者在寫或等待時(shí)，讀者必須阻塞在臨界區(qū)對(duì)象read上。 讀者除了要一個(gè)全局變量readcount實(shí)現(xiàn)操作上的互斥外，還需要一個(gè)互斥對(duì)象對(duì)阻塞在read這一個(gè)過程實(shí)現(xiàn)互斥，這兩個(gè)互斥對(duì)象分別為mutex1和mutex2。源代碼：#include windows.h #include

10、#include #include #include #include #include #define READER R /讀者 #define WRITER W /寫者 #define INTE_PER_SEC 1000 /每秒時(shí)鐘中斷的數(shù)目 #define MAX_THREAD_NUM 64 /最大線程數(shù) #define MAX_FILE_NUM 32 /最大文件數(shù)目數(shù) #define MAX_STR_LEN 32 /字符串的長(zhǎng)度 int readcount=0; /讀者數(shù)目 int writecount=0; /寫者數(shù)目 CRITICAL_SECTION RP_Write; /臨界資源

11、 CRITICAL_SECTION cs_Write; CRITICAL_SECTION cs_Read; struct ThreadInfo int serial; /線程序號(hào) char entity; /線程類別(判斷是讀者還是寫者線程) double delay; /線程延遲時(shí)間 double persist; /線程讀寫操作時(shí)間 ; / / 讀者優(yōu)先-讀者線程 /P:讀者線程信息 void RP_ReaderThread(void *p) /互斥變量 HANDLE h_Mutex; h_Mutex=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,mutex_for_r

12、eadcount); DWORD wait_for_mutex; /等待互斥變量所有權(quán) DWORD m_delay; /延遲時(shí)間 DWORD m_persist; /讀文件持續(xù)時(shí)間 int m_serial; /線程序號(hào) / 從參數(shù)中獲得信息 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); /延遲等待 printf(Re

13、ader thread %d sents the reading require.n,m_serial); /等待互斥信號(hào),保證對(duì)ReadCount 的訪問,修改互斥 wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_Mutex,-1); /讀者數(shù)目增加 readcount+; if(readcount=1) /第一個(gè)讀者,等待資源 EnterCriticalSection(&RP_Write); ReleaseMutex(h_Mutex); /釋放互斥信號(hào) /讀文件 printf(Reader thread %d begins to read file.n,m_ser

14、ial); Sleep(m_persist); /退出線程 printf(Reader thread %d finished reading file.n,m_serial); /等待互斥信號(hào),保證對(duì)ReadCount的訪問,修改互斥 wait_for_mutex=WaitForSingleObject(h_Mutex,-1); /讀者數(shù)目減少 readcount-; if(readcount=0) /如果所有的讀者讀完,喚醒寫者 LeaveCriticalSection(&RP_Write); ReleaseMutex(h_Mutex); /釋放互斥信號(hào) / /P:寫者線程信息 void R

15、P_WriterThread(void *p) DWORD m_delay; /延遲時(shí)間 DWORD m_persist; /寫文件持續(xù)時(shí)間 int m_serial; /線程序號(hào) / 從參數(shù)中獲得信息 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); printf(Write thread %d sents the wr

16、iting require.n,m_serial); /等待資源 EnterCriticalSection(&RP_Write); /寫文件 printf(Writer thread %d begins to write to the file.n,m_serial); Sleep(m_persist); /退出線程 printf(Write thread %d finished writing to the file.n,m_serial); /釋放資源 LeaveCriticalSection(&RP_Write); / /讀者優(yōu)先處理函數(shù) /file:文件名 void ReaderPri

17、ority(char *file) DWORD n_thread=0; /線程數(shù)目 DWORD thread_ID; /線程ID DWORD wait_for_all; /等待所有線程結(jié)束 /互斥對(duì)象 HANDLE h_Mutex; h_Mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_readcount); /線程對(duì)象的數(shù)組 HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM; ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM; readcount=0; /初始化readcount InitializeCriticalSection

18、(&RP_Write); /初始化臨界區(qū) ifstream inFile; inFile.open (file); printf(Reader Priority:nn); while(inFile) /讀入每一個(gè)讀者,寫者的信息 inFilethread_infon_thread.serial; inFilethread_infon_thread.entity; inFilethread_infon_thread.delay; inFilethread_infon_thread+.persist; inFile.get(); for(int i=0;iserial ; m_delay=(DWO

19、RD)(ThreadInfo*)(p)-delay *INTE_PER_SEC); m_persist=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-persist *INTE_PER_SEC); Sleep(m_delay); /延遲等待 printf(Reader thread %d sents the reading require.n,m_serial); wait_for_mutex1=WaitForSingleObject(h_Mutex1,-1); /讀者進(jìn)去臨界區(qū) EnterCriticalSection(&cs_Read); /阻塞互斥對(duì)象Mutex2,保證對(duì)readCou

20、nt的訪問和修改互斥 wait_for_mutex2=WaitForSingleObject(h_Mutex2,-1); /修改讀者的數(shù)目 readcount+; if(readcount=1) / 如果是第1個(gè)讀者,等待寫者寫完 EnterCriticalSection(&cs_Write); ReleaseMutex(h_Mutex2);/ 釋放互斥信號(hào) Mutex2 /讓其他讀者進(jìn)去臨界區(qū) LeaveCriticalSection(&cs_Read); ReleaseMutex(h_Mutex1); /讀文件 printf(Reader thread %d begins to read

21、file.n,m_serial); Sleep(m_persist); /退出線程 printf(Reader thread %d finished reading file.n,m_serial); /阻塞互斥對(duì)象Mutex2,保證對(duì)readcount的訪問,修改互斥 wait_for_mutex2=WaitForSingleObject(h_Mutex2,-1); readcount-; if(readcount=0) /最后一個(gè)讀者,喚醒寫者 LeaveCriticalSection(&cs_Write); ReleaseMutex(h_Mutex2); /釋放互斥信號(hào) / /寫者優(yōu)先-

22、寫者線程 /P:寫者線程信息 void WP_WriterThread(void *p) DWORD wait_for_mutex3; /互斥變量 DWORD m_delay; /延遲時(shí)間 DWORD m_persist; /讀文件持續(xù)時(shí)間 int m_serial; /線程序號(hào) HANDLE h_Mutex3; h_Mutex3=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,mutex3); /從參數(shù)中獲得信息 m_serial=(ThreadInfo*)(p)-serial ; m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay *INTE_PE

23、R_SEC); m_persist=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-persist *INTE_PER_SEC); Sleep(m_delay); /延遲等待 printf(Writer thread %d sents the reading require.n,m_serial); wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_Mutex3,-1); writecount+; /修改寫者數(shù)目 if(writecount=1) EnterCriticalSection(&cs_Read); ReleaseMutex(h_Mutex3); Enter

24、CriticalSection(&cs_Write); printf(Writer thread %d begins to write to the file.n,m_serial); Sleep(m_persist); printf(Writer thread %d finished writing to the file.n,m_serial); LeaveCriticalSection(&cs_Write); wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_Mutex3,-1); writecount-; if(writecount=0) LeaveCriti

25、calSection(&cs_Read); ReleaseMutex(h_Mutex3); / /寫者優(yōu)先處理函數(shù) / file:文件名 void WriterPriority(char * file) DWORD n_thread=0; DWORD thread_ID; DWORD wait_for_all; HANDLE h_Mutex1; h_Mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex1); HANDLE h_Mutex2; h_Mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex2); HANDLE h_Mutex3; h_Mutex3=C

26、reateMutex(NULL,FALSE,mutex3); HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM; ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM; readcount=0; writecount=0; InitializeCriticalSection(&cs_Write); InitializeCriticalSection(&cs_Read); ifstream inFile; inFile.open (file); printf(Writer priority:nn); while(inFile) inFilethread_infon_

27、thread.serial; inFilethread_infon_thread.entity; inFilethread_infon_thread.delay; inFilethread_infon_thread+.persist; inFile.get(); for(int i=0;i(int)(n_thread);i+) if(thread_infoi.entity=READER|thread_infoi.entity =r) /創(chuàng)建讀者進(jìn)程 h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(WP_ReaderThread),&

28、thread_infoi,0,&thread_ID); else /創(chuàng)建寫線程 h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(WP_WriterThread),&thread_infoi,0,&thread_ID); /等待所有的線程結(jié)束 wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_thread,h_Thread,TRUE,-1); printf(All reader and writer have finished operating.n); / /主函數(shù) int main(int argc,char *argv) char ch; while(true) printf(*n); printf( 1.