操作系統(tǒng)讀者與寫者

1、設(shè)計目的與內(nèi)容一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌. 用信號量來實(shí)現(xiàn)讀者寫者問題。2. 理解和運(yùn)用信號量、 PV 原語、進(jìn)程間的同步互斥關(guān)系等基本知識。二、二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容讀者寫者問題的定義如下： 有一個許多進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)， 這個數(shù)據(jù)區(qū)可以是一個文件或者主存的一塊空間；有一些只讀取這個數(shù)據(jù)區(qū)的進(jìn)程（Reader）和一些只往數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)的進(jìn)程 （Writer），此外還需要滿足以下條件:（ 1）任意多個讀進(jìn)程可以同時讀這個文件；（ 2）一次只有一個寫進(jìn)程可以往文件中寫；（ 3）如果一個寫進(jìn)程正在進(jìn)行操作，禁止任何讀進(jìn)程度文件。我們需要分兩種情況實(shí)現(xiàn)該問題：讀優(yōu)先： 要求指一個讀者試圖進(jìn)行讀操作時， 如果這時正有其他讀者在進(jìn)

2、行操作， 他可 直接開始讀操作，而不需要等待。寫優(yōu)先： 一個讀者試圖進(jìn)行讀操作時， 如果有其他寫者在等待進(jìn)行寫操作或正在進(jìn)行寫 操作，他要等待該寫者完成寫操作后才開始讀操作。設(shè)計分析在 Windows 7 環(huán)境下，創(chuàng)建一個包含 n 個線程的控制臺進(jìn)程。用這 n 個線程來表示 n 個讀者或?qū)懻摺?每個線程按相應(yīng)測試數(shù)據(jù)文件的要求， 進(jìn)行讀寫操作。 請用信號量機(jī)制分別 實(shí)現(xiàn)讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先的讀者-寫者問題。讀者 -寫者問題的讀寫操作限制：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，即不能有兩個寫者同時進(jìn)行寫操作2）讀 -寫互斥，即不能同時有一個讀者在讀，同時卻有一個寫者在寫

3、3）讀讀允許，即可以有 2 個以上的讀者同時讀 將所有的讀者和所有的寫者分別放進(jìn)兩個等待隊列中， 當(dāng)讀允許時就讓讀者隊列釋放一個或多個讀者， 當(dāng)寫允許時，釋放第一個寫者操作。讀者寫者問題的定義如下：有一個許多 進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)， 這個數(shù)據(jù)區(qū)可以是一個文件或者主存的一塊空間； 有一些只讀取這個數(shù)據(jù)區(qū)的進(jìn)程（Reader）和一些只往數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)的進(jìn)程（Writer），此外還需要滿足以下條件:1）任意多個讀進(jìn)程可以同時讀這個文件；2） 一次只有一個寫進(jìn)程可以往文件中寫；3）如果一個寫進(jìn)程正在進(jìn)行操作，禁止任何讀進(jìn)程度文件。我們需要分兩種情況實(shí)現(xiàn)該問題：讀優(yōu)先：要求指一個讀者試圖進(jìn)行讀操作時，如果這時

4、正有其他讀者在進(jìn)行操作，他可直接開始讀操作，而不需要等待。寫優(yōu)先：一個讀者試圖進(jìn)行讀操作時，如果有其他寫者在 等待進(jìn)行寫操作或正在進(jìn)行寫操作，他要等待該寫者完成寫操作后才開始讀操作。這個項目設(shè)計是由我們這小組三人共同完成的，每個人都負(fù)責(zé)一些功能模塊。我是這組的組長，我負(fù)責(zé)的是整體的一個框架，以及主函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。然后將改組成員做出的功能模塊添加到程序中。程序?qū)崿F(xiàn)程序由兩部分組成：1。 讀者-寫者模塊：包括系統(tǒng)調(diào)用接口，讀者-寫者活動描述主程序。系統(tǒng)接口主要功能是 通過管道向父進(jìn)程發(fā)送系統(tǒng)調(diào)用命令，并讀取父進(jìn)程送來的返回值。讀者-寫者活動程序根據(jù)臨界資源的共享，互斥原則編制，具體見源程序。2。主控模

5、塊：主控模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)調(diào)用命令接收與解釋執(zhí)行，系統(tǒng)調(diào)用功能的實(shí)現(xiàn)（包括信號量機(jī)制），及讀者 -寫者活動過程記錄與顯示。初始化系統(tǒng)環(huán)境建立通信管道啟動讀者-寫者進(jìn)程接收系統(tǒng)調(diào)用命令解釋執(zhí)行系統(tǒng)初始化模塊管道建立模塊進(jìn)程啟動模塊 命令解釋模塊Wait()Signal()Wakeup()Block()程序調(diào)試測試數(shù)據(jù)文件格式 :測試數(shù)據(jù)文件包括 n 行測試數(shù)據(jù)，分別描述創(chuàng)建的 n 個線程是讀者還是寫者，以及讀 寫操作的開始時間和持續(xù)時間。 每行測試數(shù)據(jù)包括四個字段， 各字段間用空格分隔。 第一字 段為一個正整數(shù)，表示線程序號。第二字段表示相應(yīng)線程角色， R 表示讀者是， W 表示寫 者。第三

6、字段為一個正數(shù)，表示讀寫操作的開始時間。線程創(chuàng)建后，延時相應(yīng)時間(單位為 秒)后發(fā)出對共享資源的讀寫申請。 第四字段為一個正數(shù)，表示讀寫操作的持續(xù)時間。 當(dāng)線 程讀寫申請成功后， 開始對共享資源的讀寫操作， 該操作持續(xù)相應(yīng)時間后結(jié)束， 并釋放共享 資源。結(jié)果分析和討論在讀者寫者同時在隊列中等待申請資時， 讀者優(yōu)先調(diào)用資源。 而且如果一個讀者申請進(jìn) 行讀操作時已有另一讀者正在進(jìn)行讀操作，則該讀者可直接開始讀操作，即讀讀允許。進(jìn)程 1 是 R 操作，在時間 3 時進(jìn)入隊列 ,運(yùn)行時間是 5,在它進(jìn)入時沒有進(jìn)程占用資源， 它既占用資源；知道它釋放資源，等候的進(jìn)程有3， 4， 5；進(jìn)程 2 是 W 操

7、作，在時間 16 時進(jìn)入隊列 ,運(yùn)行時間是 5,在它進(jìn)入時進(jìn)程 4 占用資源， 它等待資源，當(dāng) 4 釋放時占用資源；進(jìn)程3是R操作，在時間5時進(jìn)入隊列，運(yùn)行時間是2,在它進(jìn)入時進(jìn)程1占用資源，它 等待資源，當(dāng)進(jìn)程 1 釋放資源后，由于讀者優(yōu)先，進(jìn)程 3， 5同時調(diào)運(yùn)資源；進(jìn)程4是R操作，在時間6時進(jìn)入隊列，運(yùn)行時間是5,在它進(jìn)入時進(jìn)程1占用資源，它等待資源，當(dāng)進(jìn)程 1 釋放資源后，由于讀者優(yōu)先，進(jìn)程3，5 占用資源，它依然等待，直到進(jìn)程 3， 5 都結(jié)束；進(jìn)程 5 是 W 操作，在時間 4 時進(jìn)入隊列 ,運(yùn)行時間是 3, 在它進(jìn)入時進(jìn)程 1 占用資源， 它等待資源，當(dāng)進(jìn)程 1 釋放資源后，由于

8、讀者優(yōu)先，進(jìn)程3，5 同時調(diào)運(yùn)資源；心得體會這一次課程設(shè)計，讓我體會很深刻。讀者- 寫者問題經(jīng)典的線程同步問題的一個模型。經(jīng)過讀者寫者問題的編寫， 我對同步機(jī)構(gòu)應(yīng)用有了深入的了解。 懂得了運(yùn)用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程 間的互斥。 實(shí)現(xiàn)了不讓共享資源同時修改。 用信號量上的原語操作使臨界段問題的解決比較 簡單明了了。讀者寫者問題的編寫， 花的時間很多，也學(xué)到很多東西。 了解支持多道程序的 并發(fā)操作系統(tǒng)設(shè)計中解決資源共享時進(jìn)程間的同步與互斥的信號量機(jī)制。 幾天的試驗(yàn)， 雖然 難度有點(diǎn)大，但只要自己花時間去學(xué)習(xí)，還是會攻克困難的?？傊?，每一次課程設(shè)計不僅是我們學(xué)習(xí)的好機(jī)會， 而且是我們鍛煉實(shí)際動手能力的平臺，

9、 雖然有難度的東西總會讓人很抵觸， 比如在課設(shè)過程中有很多郁悶的時候， 一個小小的錯誤 一不小心就花去了自己一上午的時間， 所以在這個過程中能夠磨練人的意志與耐心， 最后感 謝老師的指導(dǎo)與監(jiān)督。源代碼#include <windows.h>#include <ctype.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <malloc.h>#defineMAX_PERSON100#defineREADER0 / 讀者#defineWRITE

10、R1 / 寫者#defineEND-1#defineRREADER#defineWWRITERtypedef struct _Person HANDLE m_hThread;/定義處理線程的句柄intm_nType;/進(jìn)程類型（讀寫）intm_nStartTime;/開始時間intm_nWorkTime;/運(yùn)行時間intm_nID;/進(jìn)程號Person;Person g_PersonsMAX_PERSON;intg_NumPerson = 0;longg_CurrentTime= 0;intg_PersonLists = /基本時間片數(shù)/進(jìn)程隊列1, R, 3, 5, 2, W, 4, 5,

11、3, R, 5, 2, 4, R, 6, 5, 5, W, 5.1, 3, END,;intg_NumOfReading = 0;int g_NumOfWriteRequest = 0; / 申請寫進(jìn)程的個數(shù)HANDLE g_hReadSemaphore; /讀者信號HANDLE g_hWriteSemaphore; / 寫者信號 bool finished = false;/所有的讀完成/bool wfinished = false; /所有的寫完成 void CreatePersonList(int *pPersonList); bool CreateReader(int StartTim

12、e,int WorkTime,int ID); bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID); DWORD WINAPIReaderProc(LPVOID lpParam);DWORD WINAPIWriterProc(LPVOID lpParam);int main() g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL);/創(chuàng)建信號燈，當(dāng)前可用的資源數(shù)為 1，最大為 100g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); /

13、 創(chuàng)建信號燈， 當(dāng)前可用的 資源數(shù)為 1，最大為 100CreatePersonList(g_PersonLists); / Create All the reader and writers printf("Created all the reader and writern.n");g_CurrentTime = 0; while(true) g_CurrentTime+; Sleep(300); / 300 ms printf("CurrentTime = %dn",g_CurrentTime);/ 顯示時間片數(shù)if(finished)/ 讀者完成

14、時結(jié)束return 0; / return 0;/創(chuàng)建所有讀者與寫者void CreatePersonList(int *pPersonLists)int i=0;int *pList = pPersonLists;bool Ret;while(pList0 != END)switch(pList1)case R:Ret = CreateReader(pList2,pList3,pList0);/351,w452,523,654 break;case W:Ret = CreateWriter(pList2,pList3,pList0); break;if(!Ret)printf("C

15、reate Person %d is wrongn",pList0); pList += 4; / move to next person list/讀過程DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam)Person *pPerson = (Person*)lpParam;/ wait for the start timewhile(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime)printf("Reader %d is Requesting .n",pPerson->m_nID);print

16、f("nn*/ wait for the write requestWaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE);if(g_NumOfReading =0)WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); g_NumOfReading+;ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL);pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;printf("Reader %d is Reading the Shared

17、Buffer.n",pPerson->m_nID);printf("nn*while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime)printf("Reader %d is Exit.n",pPerson->m_nID);printf("nn*WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE);g_NumOfReading-;if(g_NumOfReading = 0)ReleaseSemapho

18、re(g_hWriteSemaphore,1,NULL); / 此時沒有讀者，可以寫ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL); if(pPerson->m_nID = 4)finished = true; / 所有的讀寫完成ExitThread(0); return 0;/寫過程DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam) Person *pPerson = (Person*)lpParam;/ wait for the start timewhile(g_CurrentTime != pPerson->m

19、_nStartTime)printf("Writer %d is Requesting .n",pPerson->m_nID);printf("nn);WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE);/ modify the writer's real start time pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;printf("Writer %d is Writting the Shared Buffer.n",pPerson->m_

20、nID);while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime)printf("Writer %d is Exit.n",pPerson->m_nID);printf("nn);/g_NumOfWriteRequest-;ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);if(pPerson->m_nID = 4)finished = true; / 所有的讀寫完成ExitThread(0);return 0;/創(chuàng)建讀者 bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID) DWORD dwThreadID;if(g_NumPerson >= MAX_PERSON)return false;Person *pPerson = &g_Personsg_NumPerson; pPerson->m_nID = ID;pPerson->m_nStartTime = StartTime; pPerson->m_nWorkTime = Wor