操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書-讀者寫者問題

PAGEI課程設(shè)計說明書題目：讀者寫者問題課程：操作系統(tǒng)院（部）：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：軟件工程目錄課程設(shè)計任務(wù)書 1題目生產(chǎn)者消費者問題 2一、問題描述與基本要求 2二、問題分析與算法描述 2三、程序設(shè)計 3四、源程序 5五、測試情況 12結(jié)論 13課程設(shè)計指導(dǎo)教師評語 14計算機(jī)學(xué)院課程設(shè)計說明書PAGE12設(shè)計題目讀者寫者問題已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求已知技術(shù)參數(shù)：讀者-寫者問題的讀寫操作限制（包括讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先）寫-寫互斥：不能有兩個寫者同時進(jìn)行寫操作讀-寫互斥：不能同時有一個在讀，而另一個在寫。讀-讀允許：可以有一個或多個讀者在讀。讀者優(yōu)先的附加限制：如果讀者申請進(jìn)行讀時已有另一個讀者正在讀作，則該讀者可直接開始讀。寫者優(yōu)先的附加限制：如果一個讀者申請進(jìn)行讀時已有另一個寫者在等待訪問共享資源，則該讀者必須等到?jīng)]有寫者處于等待狀態(tài)后才能開始讀操作。設(shè)計要求：要求能創(chuàng)建多個讀者，寫者，并在每個讀者/寫者創(chuàng)建時、發(fā)出讀寫申請時、開始讀/寫操作和結(jié)束讀/寫操作時分別顯示一行提示信息，以檢查所有處理都遵守相應(yīng)的讀寫操作限制。設(shè)計內(nèi)容與步驟設(shè)計內(nèi)容：在Windows環(huán)境下，利用WindowsAPI，實現(xiàn)讀者寫者問題，包括讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先。設(shè)計步驟：問題的定義與分析。根據(jù)設(shè)計題目的要求，分析和理解問題。概要設(shè)計及流程圖。根據(jù)題目所涉及內(nèi)容，參照所學(xué)知識，確定解決/設(shè)計方案，畫出相關(guān)流程圖。問題的實現(xiàn)與編碼。調(diào)試與測試。根據(jù)題目內(nèi)容設(shè)計測試用例，使之能夠充分證明設(shè)計完成的正確性。總結(jié)分析。 設(shè)計工作計劃與進(jìn)度安排1.系統(tǒng)實現(xiàn)8學(xué)時2.課程設(shè)計說明書2學(xué)時設(shè)計考核要求設(shè)計情況（80％）考勤情況（20％）題目讀者寫者問題問題描述與基本要求VarRNinteger;L,mx:semaphore:=RN,1；BeginParbegin

Reader:begin

Repeat

Swait（L,1,1）;

Swait（mx,1,0）;

.

Performreaderoperation;

Ssignal(L,1);

Untilfalse;

EndWriter：begin

RepeatSwait(mx,1,1,l,RN,0);Performwriteroperation;Ssignal(mx,1);Untilfalse;EndParendEnd其中，Swait（mx,1,0）語句起著開關(guān)作用，只要無Writer進(jìn)程進(jìn)入寫，mx=1，reader進(jìn)程就都可以進(jìn)入讀。但是要一旦有Writer進(jìn)程進(jìn)入寫時，其MX=0，則任何reader進(jìn)程就都無法進(jìn)入讀。Swait(mx,1,1,l,RN,0)語句表示僅當(dāng)既無Write進(jìn)程在寫（mx=1），又無reader進(jìn)程在讀（L=RN）時，writer進(jìn)程才能進(jìn)入臨界區(qū)寫。二、問題分析與算法描述在Windows7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?。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）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)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。三、程序設(shè)計程序由兩部分組成：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。主控模塊：主控模塊實現(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()四、源程序#include<windows.h>#include<ctype.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<malloc.h>#defineMAX_PERSON100#defineREADER0//讀者#defineWRITER1//寫者#defineEND-1#defineRREADER#defineWWRITERtypedefstruct_Person{HANDLEthread;//定義處理線程的句柄inttype;//進(jìn)程類型（讀寫）intstartTime;//開始時間intworktime;//運行時間intID;//進(jìn)程號}Person;Persong_Persons[MAX_PERSON];intg_NumPerson=0;longg_CurrentTime=0;//基本時間片數(shù)intg_PersonLists[]={//進(jìn)程隊列1,R,3,5,2,W,4,5,3,R,5,2,4,R,6,5,5,W,5.1,3,END,};intg_NumOfReading=0;//正在讀進(jìn)程的個數(shù)intg_NumOfWriteRequest=0;//申請寫進(jìn)程的個數(shù)HANDLEreadsignal;//讀者信號HANDLEwritesignal;//寫者信號boolfinished=false;//所有的讀完成boolwfinished=false;//所有的寫完成voidCreatePersonList(int*pPersonList);boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID);boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID);DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam);DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam);intmain(){readsignal=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100writesignal=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100CreatePersonList(g_PersonLists);//CreateAllthereaderandwritersprintf("正在創(chuàng)建讀者和寫者\n...\n");g_CurrentTime=0;while(true){g_CurrentTime++;Sleep(300);//300msprintf("CurrentTime=%d\n",g_CurrentTime);if(finished)return0;}//return0;}voidCreatePersonList(int*pPersonLists){inti=0;int*pList=pPersonLists;boolRet;while(pList[0]!=END){switch(pList[1]){caseR:Ret=CreateReader(pList[2],pList[3],pList[0]);//351,w452,523,654break;caseW:Ret=CreateWriter(pList[2],pList[3],pList[0]);break;}if(!Ret)printf("CreatePerson%diswrong\n",pList[0]);pList+=4;//movetonextpersonlist}}DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam)//讀過程{Person*pPerson=(Person*)lpParam;//waitforthestarttimewhile(g_CurrentTime!=pPerson->startTime){}printf("Reader%disRequesting...\n",pPerson->ID);printf("\n\n\n");//等待寫者發(fā)出請求WaitForSingleObject(readsignal,INFINITE);if(g_NumOfReading==0){WaitForSingleObject(writesignal,INFINITE);}g_NumOfReading++;ReleaseSemaphore(readsignal,1,NULL);pPerson->startTime=g_CurrentTime;printf("Reader%disReadingtheSharedBuffer...\n",pPerson->ID);printf("\n\n\n");while(g_CurrentTime<=pPerson->startTime+pPerson->worktime){}printf("Reader%disExit...\n",pPerson->ID);printf("\n\n\n");WaitForSingleObject(readsignal,INFINITE);g_NumOfReading--;if(g_NumOfReading==0){ReleaseSemaphore(writesignal,1,NULL);//此時沒有讀者，可以寫}ReleaseSemaphore(readsignal,1,NULL);if(pPerson->ID==4)finished=true;//所有的讀寫完成ExitThread(0);return0;}DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam){Person*pPerson=(Person*)lpParam;//waitforthestarttimewhile(g_CurrentTime!=pPerson->startTime){}printf("Writer%disRequesting...\n",pPerson->ID);printf("\n\n\n");WaitForSingleObject(writesignal,INFINITE);//modifythewriter'srealstarttimepPerson->startTime=g_CurrentTime;printf("Writer%disWrittingtheSharedBuffer...\n",pPerson->ID);while(g_CurrentTime<=pPerson->startTime+pPerson->worktime){}printf("Writer%disExit...\n",pPerson->ID);printf("\n\n\n");//g_NumOfWriteRequest--;ReleaseSemaphore(writesignal,1,NULL);if(pPerson->ID==4)finished=true;//所有的讀寫完成ExitThread(0);return0;}boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID){DWORDdwThreadID;if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];pPerson->ID=ID;pPerson->startTime=StartTime;pPerson->worktime=WorkTime;pPerson->type=READER;g_NumPerson++;//CreateanNewThreadpPerson->thread=CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);if(pPerson->thread==NULL)returnfalse;returntrue;}boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID){DWORDdwThreadID;if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];pPerson->ID=ID;pPerson->startTime=StartTime;pPers