操作系统课程设计报告——读者写者问题

操作系统课程设计

课题：读者写者问题

姓名：赫前进

班级：1020552

学号102055211

指导教师：叶瑶

提交时间：2012/12/30

（一）实验目的

1.进一步理解“临界资源”的概念；

2.把握在多个进程并发执行过程中对临界资源访问时的必要约束条件；

3.理解操作系统原理中“互斥”和“同步”的涵义。

（二）实验内容

利用程序设计语言编程，模拟并发执行进程的同步与互斥（要求：进程数目不少于3 个）。

（三）、程序分析

读者写者问题的定义如下：有一个许多进程共享的数据区，这个数据区可以是一个文件或者主存的一块空间；有一些只读取这个数据区的进程（Reader）和一些只往数据区写数据的进程(Writer)，此外还需要满足以下条件：

（1）任意多个读进程可以同时读这个文件；

（2）一次只有一个写进程可以往文件中写；

（3）如果一个写进程正在进行操作，禁止任何读进程度文件。

实验要求用信号量来实现读者写者问题的调度算法。实验提供了signal类，该类通过P( )、V( )两个方法实现了P、V原语的功能。实验的任务是修改Creat_Writer()添加写者进程，Creat_Reader()创建读者进程。Reader_goon()读者进程运行函数。读优先：要求指一个读者试图进行读操作时，如果这时正有其他读者在进行操作，他可直接开始读操作，而不需要等待。

读者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读操作时已有另一读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。

写优先：一个读者试图进行读操作时，如果有其他写者在等待进行写操作或正在进行写操作，他要等待该写者完成写操作后才开始读操作。

写者优先的附加限制：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。

在Windows 7 环境下，创建一个控制台进程，此进程包含n 个线程。用这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（格式见下）的要求进行读写操作。用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者/写者问题。

运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确定所有处理都遵守相应的读写操作限制。

测试数据文件包括n 行测试数据，分别描述创建的n 个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。每行测试数据包括4个字段，各个字段间用空格分隔。

? 第一个字段为一个正整数，表示线程序号

? 第二个字段表示相应线程角色，R 表示读者，W 表示写者

? 第三个字段为一个正数，表示读/写操作的开始时间：线程创建后，延迟相应时间（单位为秒）后发出对共享资源的读/写请求

? 第四个字段为一正数，表示读/写操作的持续时间：线程读写请求成功后，开始对共享资源的读/写操作，该操作持续相应时间后结束，并释放共享资源

例如：

1 R 3 5

2 W 4 5

3 R 5 2

4 R 6 5

5 W 5.1 3

读者写者问题是操作系统中经典的互斥问题：一块数据被多个读者和写者的访问，需要考虑读写互斥、写写互斥（可以同时由多个读者读取）。具体的又可以分为读者优先和写者优先两类。

读者优先算法：

当新的读者到来的时候，若当前正有读者在进行读操作，则该读者无需等待前面的写操作完成，直接进行读操作。

设置两个互斥信号量：

rwmutex 用于写者与其他读者/写者互斥的访问共享数据

rmutex 用于读者互斥的访问读者计数器readcount

var rwmutex, rmutex ：semaphore := 1,1 ；

int readcount = 0;

cobegin

readeri begin // i=1,2,….

P(rmutex);

Readcount++;

If (readcount == 1) P(rwmutex);

V(rmutex);

读数据；

P(rmutex);

Readcount--;

If (readcount == 0) V(rwmutex);

V(rmutex);

End

Writerj begin // j = 1,2,….

P(rwmutex);

写更新；

V(rwmutex);

End

Coend

写者优先：

条件：

1）多个读者可以同时进行读

2）写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）

3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）设置三个互斥信号量：

rwmutex 用于写者与其他读者/写者互斥的访问共享数据

rmutex 用于读者互斥的访问读者计数器readcount

nrmutex 用于写者等待已进入读者退出，所有读者退出前互斥写操作

var rwmutex, rmutex，nrmutex ：semaphore := 1，1，1 ；

int readcount = 0;

cobegin

readeri begin // i=1,2,….

P(rwmutex);

P(rmutex);

Readcount++;

If (readcount == 1) P(nrmutex); //有读者进入，互斥写操作

V(rmutex);

V(rwmutex); // 及时释放读写互斥信号量，允许其它读、写进程申请资源

读数据；

P(rmutex);

Readcount--;

If (readcount == 0) V(nrmutex); //所有读者退出，允许写更新

V(rmutex);

End

Writerj begin // j = 1,2,….

P(rwmutex); // 互斥后续其它读者、写者

P(nrmutex); //如有读者正在读，等待所有读者读完

写更新；

V(nrmutex); //允许后续新的第一个读者进入后互斥写操作

V(rwmutex); //允许后续新读者及其它写者

End

Coend

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/*---------函数声明---------*/

void Creat_Writer(); //添加一个写者

void Del_Writer(); //删除一个写者

void Creat_Reader(); //添加一个读者

void Reader_goon(); //读者进程运行函数

void R_Wakeup(); //唤醒等待读者

void Del_Reader(); //删除一个读者

void Show(); //显示运行状态

/*=============== class signal ===============*/

class signal //信号量对象.

{

private:

int value;

int queue; //用int型数据模拟等待队列.

public:

signal();

signal(int n);

int P(); //检查临界资源

int V(); //释放临界资源

int Get_Value();

int Get_Queue();

};

////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

const int MaxThread=20;

struct ThreadInfo

{

int num;

char type;

double start;

double time;

}thread_info[MaxThread];

HANDLE hX;

HANDLE hWsem;

HANDLE thread[MaxThread];

int readcount;

double totaltime;

void WRITEUNIT(int iProcess)

{

printf("Thread %d begins to write.\n",iProcess);

Sleep((DWORD)(thread_info[iProcess-1].time*1000));

printf("End of thread %d for writing.\n",iProcess);

}

void READUNIT(int iProcess)

{

printf("Thread %d begins to read.\n",iProcess);

Sleep((DWORD)(thread_info[iProcess-1].time*1000));

printf("End of thread %d for reading.\n",iProcess);

}

DWORD WINAPI reader(LPVOID lpVoid)

{

int iProcess = *(int*)lpV oid;

Sleep((DWORD)(thread_info[iProcess-1].start*1000));

DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE);

printf("Thread %d requres reading.\n",iProcess);

readcount++;

if(readcount==1)WaitForSingleObject(hWsem,INFINITE);

ReleaseMutex(hX);

READUNIT(iProcess);

wait_for=WaitForSingleObject(hX,INFINITE);

readcount--;

if(readcount==0)

ReleaseSemaphore(hWsem,1,0);

ReleaseMutex(hX);

return iProcess;

}

DWORD WINAPI writer(LPVOID lpV oid)

{

int iProcess = *(int*)lpV oid;

Sleep((DWORD)(thread_info[iProcess-1].start*1000));

printf("Thread %d requres writing.\n",iProcess);

DWORD wait_for=WaitForSingleObject(hWsem,INFINITE);

WRITEUNIT(iProcess);

ReleaseSemaphore(hWsem,1,0);

return iProcess;

}

int main()

{

int threadNum;

int threadcount;

ifstream file;

hX=CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);

hWsem=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);

//???????????????????

readcount=0;

threadcount=0;

totaltime=0;

("thread.dat",ios::in);

if()

{

printf(" Error.\n");

return 0;

}

while(file>>threadNum)

{

thread_info[threadNum-1].num=threadNum;

file>>thread_info[threadNum-1].type;

file>>thread_info[threadNum-1].start;

file>>thread_info[threadNum-1].time;

totaltime+=thread_info[threadNum-1].time;

switch(thread_info[threadNum-1].type)

{

case 'W':

printf("Creating Thread %d for writing.\n",thread_info[threadNum-1].num);

thread[threadNum-1] = CreateThread(NULL, 0,writer, &thread_info[threadNum-1].num,0,0);

break;

case 'R':

printf("Creating Thread %d for reading.\n",thread_info[threadNum-1].num);

thread[threadNum-1] = CreateThread(NULL, 0,reader, &thread_info[threadNum-1].num,0,0);

break;

}

threadcount++;

}

();

Sleep((DWORD)(totaltime*1000));

return 1;

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

semaphore fmutex = 1 , rdcntmutex = 1 ;

// fmutex --> access to file; rdcntmutex --> access to readcount

int readcount = 0 ;

void reader()

{

while ( 1 )

{

P(rdcntmutex);

if ( readcount==0)

P(fmutex);

readcount = readcount + 1 ;

V(rdcntmutex);

// Do read operation

P(rdcntmutex);

readcount = readcount - 1 ;

if ( readcount==0)

V(fmutex);

V(rdcntmutex);

}

}

void writer()

{

while ( 1 )

{

P(fmutex);

// Do write operation

V(fmutex);

}

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// semaphore fmutex = 1 , rdcntmutex = 1 , wtcntmutex = 1 , queue = 1 ; // fmutex --> access to file; rdcntmutex --> access to readcount

// wtcntmutex --> access to writecount

int readcount = 0 ,writecount = 0 ;

void reader()

{

while ( 1 )

{

P(queue);//申请队列信号

P(rdcntmutex);//修改readcount，互斥

if ( readcount==0)

P(fmutex);//access to file 互斥

readcount = readcount + 1 ;

V(rdcntmutex);//释放

V(queue);//释放

// Do read operation

P(rdcntmutex);

readcount = readcount - 1 ;

if ( readcount==0)

V(fmutex);

V(rdcntmutex);

}

}

void writer()

{

while ( 1 )

{

P(wtcntmutex);

if ( writecount==0)

P(queue);

writecount = writecount + 1 ;

V(wtcntmutex);

P(fmutex);

// Do write operation

V(fmutex);

P(wtcntmutex);

writecount = writecount - 1 ;

if ( writecount==0)

V(queue);

V(wtcntmutex);

}

}