北理工操作系统实验二读者写者问题.docx

本科实验报告实验名称： 操作系统原理实验 （读者写者问题） 课程名称：操作系统原理实验时间：2015.10.30任课教师：王耀威实验地点：10#102实验教师：苏京霞实验类型：R 原理验证 综合设计 自主创新学生姓名：孙嘉明学号/班级：1120121474/05611202组 号：学 院：信息与电子学院同组搭档：专 业：信息对抗技术成 绩：实验二：读者写者问题一、实验目的1. 通过编写和调试程序以加深对进程、线程管理方案的理解；2. 熟悉Windows多线程程序设计方法；二、实验要求在Windows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（后面介绍）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问题。读者-写者问题的读写操作限制（包括读者优先和写者优先）1） 写-写互斥：不能有两个写者同时进行写操作2） 读-写互斥：不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。3） 读-读允许：可以有一个或多个读者在读。读者优先的附加限制：如果读者申请进行读操作时已有另一个读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写申请、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。每行测试数据包括四个字段，每个字段间用空格分隔。第1个字段为正整数，表示线程的序号。第2个字段表示线程的角色，R表示读者，W表示写者。第3个字段为一个正数，表示读写开始时间：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申请。第4个字段为一个正数，表示读写操作的延迟时间。当线程读写申请成功后，开始对共享资源进行读写操作，该操作持续相应时间后结束，释放该资源。下面是一个测试数据文件的例子(在记事本手工录入数据)：1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3三、实验环境硬件设备：个人计算机。系统软件：windows操作系统，Visual C+6.0编译环境。四、实验原理读者写者问题，可以这样的描述，有一群写者和一群读者，写者在写同一本书，读者也在读这本书，多个读者可以同时读这本书，但是，只能有一个写者在写书，并且，读者比写者优先，也就是说，读者和写者同时提出请求时，读者优先。当读者提出请求时需要有一个互斥操作，另外，需要有一个信号量S来当前是否可操作。信号量机制是支持多道程序的并发操作系统设计中解决资源共享时进程间的同步与互斥的重要机制，而读者写者则是这一机制的一个经典范例。在程序文件根目录下创建一个thread.dat文件，存放读者写者信息，完成读者优先和写者优先的过程。五、实验结果程序界面：使用的测试文件如下：1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3读者优先结果：写者优先结果：六、程序代码# include windows.h# include # include # include # include # include # include # define READER R/ 读者# define WRITER W/ 写者# define INTE_PER_SEC 1000/ 每秒时钟中断数目# define MAX_THREAD_NUM 64/ 最大线程数目# define MAX_FILE_NUM 32/ 最大数据文件数目# define MAX_STR_LEN 32/ 字符串长度int readcount = 0;/ 读者数目int writecount = 0;/ 写者数目CRITICAL_SECTION RP_Write;/ 临界区CRITICAL_SECTION cs_Write;CRITICAL_SECTION cs_Read;struct ThreadInfointserial;/ 线程序号charentity;/ 线程类别 (判断是读者线程还是写者线程)doubledelay;/ 线程延迟doublepersist;/ 线程读写操作持续时间 ;/ 读者优先-读者线程/ p: 读者线程信息void RP_ReaderThread(void* p)/ 互斥变量HANDLE h_Mutex;h_Mutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, mutex_for_readcount ) ;DWORD wait_for_mutex;/ 等待互斥变量所有权DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 读文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息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) ;/ 延迟等待printf( 读者线程 发送读文件请求.n , m_serial) ; / 等待互斥信号，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex = WaitForSingleObject (h_Mutex, -1) ;/ 读者数目增加readcount +;if (readcount = 1)/ 第一个读者，等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write) ;ReleaseMutex(h_Mutex) ;/ 释放互斥信号/ 读文件printf( 读者线程 开始读文件.n , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf(读者线程 读文件结束.n , m_serial) ;/ 等待互斥信号，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_Mutex, -1) ;/ 读者数目减少readcount -;if (readcount = 0)/ 如果所有读者读完，唤醒写者LeaveCriticalSection(&RP_Write) ;ReleaseMutex(h_Mutex) ;/ 释放互斥信号/ 读者优先-写者线程/ p: 写者线程信息void RP_WriterThread(void* p)DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 写文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息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) ;/ 延迟等待printf(写者线程 发送写文件请求.n , m_serial) ;/ 等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write);/ 写文件printf( 写者线程 开始写文件.n , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf(写者线程 写文件结束.n , m_serial) ;/ 释放资源LeaveCriticalSection(&RP_Write) ;/ 读者优先处理函数/ file: 文件名void ReaderPriority(char * file)DWORD n_thread = 0;/ 线程数目DWORD thread_ID;/ 线程IDDWORD wait_for_all;/ 等待所有线程结束/ 互斥对象HANDLE h_Mutex;h_Mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, mutex_for_readcount ) ;/ 线程对象的数组HANDLE h_Thread MAX_THREAD_NUM ;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM ;readcount = 0;/ 初始化readcountInitializeCriticalSection(&RP_Write) ;/ 初始化临界区ifstream inFile;inFile.open(file) ;/ 打开文件printf(读者优先: n n ) ;while (inFile)/ 读入每一个读者、写者的信息inFile thread_infon_thread.serial;inFile thread_infon_thread.entity;inFile thread_infon_thread.delay;inFile thread_infon_thread + .persist;inFile.get() ;n_thread-;for (int i = 0; i (int) (n_thread); i +)if (thread_infoi.entity = READER | thread_infoi.entity = R )/ 创建读者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) (RP_ReaderThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;printf(读者线程 已创建.n , thread_infoi.serial) ;else / 创建写者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) (RP_WriterThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;printf(写者线程 已创建.n , thread_infoi.serial) ; / 等待所有线程结束wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_thread, h_Thread, TRUE, -1) ;printf(所有读者写者均完成操作.n ) ;/ 写者优先-读者线程/ p: 读者线程信息void WP_ReaderThread(void * p) / 互斥变量HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, mutex1 ) ;HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, mutex2 ) ;DWORD wait_for_mutex1;/ 等待互斥变量所有权DWORD wait_for_mutex2;DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 读文件持续时间int m_serial;/ 线程序号/ 从参数中获得信息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) ;/ 延迟等待printf(读者线程 发送读文件请求.n , m_serial) ;wait_for_mutex1 = WaitForSingleObject(h_Mutex1, -1) ;/ 进入读者临界区EnterCriticalSection(&cs_Read) ;/ 阻塞互斥对象mutex2，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex2 = WaitForSingleObject(h_Mutex2, -1) ; / 修改读者数目readcount +;if (readcount = 1)/ 如果是第一个读者，等待写者写完EnterCriticalSection(&cs_Write) ;ReleaseMutex(h_Mutex2) ;/ 释放互斥信号mutex2/ 让其他读者进入临界区LeaveCriticalSection(&cs_Read) ;ReleaseMutex(h_Mutex1) ;/ 读文件printf(读者线程 开始读文件.n , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf(读者线程 读文件结束.n , m_serial) ;/ 阻塞互斥对象mutex2，保证对readcount的访问、修改互斥wait_for_mutex2 = WaitForSingleObject(h_Mutex2, -1) ;readcount - ;if (readcount = 0)/ 最后一个读者，唤醒写者LeaveCriticalSection(&cs_Write) ;ReleaseMutex(h_Mutex2) ;/ 释放互斥信号/ 写者优先-写者线程/ p: 写者线程信息void WP_WriterThread(void * p)DWORD m_delay;/ 延迟时间DWORD m_persist;/ 写文件持续时间int m_serial;/ 线程序号DWORD wait_for_mutex3;/ 互斥对象HANDLE h_Mutex3;h_Mutex3 = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, mutex3 ) ; / 从参数中获得信息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) ;/ 延迟等待printf(写者线程 发送写文件请求.n , m_serial) ;/ 阻塞互斥对象mutex3, 保证对writecount的访问、修改互斥wait_for_mutex3 = WaitForSingleObject(h_Mutex3, -1) ;writecount + ;/ 修改写者数目if (writecount = 1)/ 第一个写者，等待读者读完EnterCriticalSection(&cs_Read) ; ReleaseMutex(h_Mutex3) ;/ 进入写者临界区EnterCriticalSection(&cs_Write) ;/ 写文件printf(写者线程 开始写文件.n , m_serial) ;Sleep(m_persist) ;/ 退出线程printf(写者线程 写文件结束.n , m_serial) ;/ 离开临界区LeaveCriticalSection(&cs_Write) ;/ 阻塞互斥对象mutex3，保证对writecount的访问、修改互斥wait_for_mutex3 = WaitForSingleObject(h_Mutex3, -1) ;writecount -;if (writecount = 0)/ 写者写完，读者可以读LeaveCriticalSection(&cs_Read) ;ReleaseMutex(h_Mutex3) ;/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 写者优先处理函数/ file: 文件名void WriterPriority(char * file)DWORD n_thread = 0;/ 线程数目DWORD thread_ID;/ 线程IDDWORD wait_for_all;/ 等待所有线程结束/ 互斥对象HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1 = CreateMutex(NULL, FALSE, mutex1 ) ;HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2 = CreateMutex(NULL, FALSE, mutex2 ) ;HANDLE h_Mutex3;h_Mutex3 = CreateMutex(NULL, FALSE, mutex3 ) ;/ 线程对象HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM ;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM ;readcount = 0;/ 初始化readcountwritecount = 0; / 初始化writecountInitializeCriticalSection(&cs_Write) ;/ 初始化临界区InitializeCriticalSection(&cs_Read) ;ifstream inFile;inFile.open(file) ;/ 打开文件printf(写者优先: n n ) ;while (inFile)/ 读入每一个读者、写者的信息inFile thread_infon_thread.serial;inFile thread_infon_thread.entity;inFile thread_infon_thread.delay;inFile thread_infon_thread +.persist;inFile.get() ;n_thread-;for (int i = 0; i (int) (n_thread) ; i +)if (thread_infoi.entity = READER | thread_infoi.entity = R )/ 创建读者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) (WP_ReaderThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;printf(读者线程 已创建.n , thread_infoi.serial) ;else / 创建写者线程h_Threadi = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) (WP_WriterThread) ,&thread_infoi , 0, &thread_ID) ;printf(写者线程 已创建.n , thread_infoi.serial) ;/ 等待所有钱程结束wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_thread, h_Thread, TRUE, -1) ;printf(所有读者写者均完成操作.n ) ;/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 主函数int main(int argc, char * argv)char ch;while (true)/ 打印提示信息printf( -n ) ;printf( 请选择：n ) ;printf( 1: 读者优先n );printf( 2: 写者优先n ) ;printf( 3: 退出程序n ) ;printf( -n ) ;printf( 请输出(1, 2 or 3) : ) ;/ 如果输入信息不正确，继续输入do ch = (char) _getch() ; while (ch != 1 & ch != 2 & ch != 3) ;system( cls ) ;/ 选择3，返回if (ch = 3 )return 0;/ 选择1, 读者优先else if (ch = 1)ReaderPriority( thread.dat ) ;/ 选择2，写者优先elseWriterPriority( thread.dat ) ;/ 结束printf( n按任意键继续: ) ;_getch() ;system( cls ) ;return 0;七、心得体会通过这次实验，我学会了使用C语言对进程进行控制和调度，通过实验了解了互斥量、信号量、事件等数据结构的使用，完成了读者写者的编程。