操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--讀者寫者問題

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文檔簡介

1、　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告　　題目：讀者寫者問題　　學(xué) 院： 　　專業(yè)： 　　班級(jí)： 　　學(xué) 號(hào)：

2、 　　姓名： 　　指導(dǎo)老師： 　　目錄　　一設(shè)計(jì)概述……………………………………………………3　　二設(shè)計(jì)目的與內(nèi)容……………………………………………4<

3、;/p>　　三設(shè)計(jì)分析……………………………………………………5　　四程序?qū)崿F(xiàn)……………………………………………………6　　五程序調(diào)試……………………………………………………7　　六結(jié)果分析和討論……………………………………………7<p&g

4、t;　　七心得體會(huì)……………………………………………………8　　八源代碼 ………………………………………………………8　　九實(shí)驗(yàn)截圖……………………………………………………14　　一設(shè)計(jì)概述　　所謂讀者寫者問題，是指保證一個(gè)

5、writer進(jìn)程必須與其他進(jìn)程互斥地訪問共享對(duì)象的同步問題。　　讀者寫者問題可以這樣的描述，有一群寫者和一群讀者，寫者在寫同一本書，讀者也在讀這本書，多個(gè)讀者可以同時(shí)讀這本書，但是，只能有一個(gè)寫者在寫書，并且，讀者必寫者優(yōu)先，也就是說，讀者和寫者同時(shí)提出請(qǐng)求時(shí)，讀者優(yōu)先。當(dāng)讀者提出請(qǐng)求時(shí)需要有一個(gè)互斥操作，另外，需要有一個(gè)信號(hào)量S來當(dāng)前是否可操作。　　信

6、號(hào)量機(jī)制是支持多道程序的并發(fā)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決資源共享時(shí)進(jìn)程間的同步與互斥的重要機(jī)制，而讀者寫者問題則是這一機(jī)制的一個(gè)經(jīng)典范例。　　與記錄型信號(hào)量解決讀者—寫者問題不同，信號(hào)量機(jī)制它增加了一個(gè)限制，即最多允許RN個(gè)讀者同時(shí)讀。為此，又引入了一個(gè)信號(hào)量L,并賦予初值為RN，通過執(zhí)行wait（L,1,1）操作，來控制讀者的數(shù)目，每當(dāng)有一個(gè)讀者進(jìn)入時(shí)，就要執(zhí)行wait（L,1,1）操作，使L的值減1。

7、當(dāng)有RN個(gè)讀者進(jìn)入讀后，L便減為0，第RN+1 個(gè)讀者要進(jìn)入讀時(shí)，必然會(huì)因wait（L,1,1）操作失敗而堵塞。對(duì)利用信號(hào)量來解決讀者—寫者問題的描述如下：　　Var RN integer;L,mx:semaphore: =RN,1；　　Begin　　Par

8、begin　　Reader :begin　　Repeat　　Swait（L,1,1）;　　Swait（mx,1,0）； .

9、　　Perform reader operation;　　Ssignal(L,1);　　Until false;　　End　　Writer ：begin

10、　　Repeat　　Swait(mx ,1,1,l,RN,0);　　Perform writer operation;　　Ssignal(mx,1);　　Until false;　　End&l

11、t;/b>　　Parend　　End　　其中，Swait（mx,1,0）語句起著開關(guān)作用，只要無Writer進(jìn)程進(jìn)入些，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(shí)，其MX=0，則任何reader進(jìn)

12、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(shí)，writer進(jìn)程才能進(jìn)入臨界區(qū)寫。　　本設(shè)計(jì)方案就是通過利用記錄型信號(hào)量對(duì)讀者寫者問題的解決過程進(jìn)行模擬演示，形象地闡述記錄型信號(hào)量機(jī)制的工作原理。　　二設(shè)計(jì)目的與內(nèi)容

13、　　一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b>　　l. 用信號(hào)量來實(shí)現(xiàn)讀者寫者問題。　　2. 理解和運(yùn)用信號(hào)量、PV原語、進(jìn)程間的同步互斥關(guān)系等基本知識(shí)。二、二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容　　讀者寫者問題的定義如下：有一個(gè)許多進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)可以是一個(gè)文件或者主存的一塊

14、空間；有一些只讀取這個(gè)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：　?。?）任意多個(gè)讀進(jìn)程可以同時(shí)讀這個(gè)文件；　?。?）一次只有一個(gè)寫進(jìn)程可以往文件中寫；　?。?）

15、0; 如果一個(gè)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(gè)讀者試圖進(jìn)行讀操作時(shí)，如果這時(shí)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(gè)讀者試圖進(jìn)行讀操作時(shí)，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

16、成寫操作后才開始讀操作。　　三設(shè)計(jì)分析　　在Windows 7 環(huán)境下，創(chuàng)建一個(gè)包含n 個(gè)線程的控制臺(tái)進(jìn)程。用這n 個(gè)線程來表示n個(gè)讀者或?qū)懻?。每個(gè)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(qǐng)用信號(hào)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

17、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(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　　將所有

18、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。讀者寫者問題的定義如下：有一個(gè)許多進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)可以是一個(gè)文件或者主存的一塊空間；有一些只讀取這個(gè)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(gè)讀進(jìn)程可以同時(shí)讀這個(gè)文件；2) 一次只有一個(gè)寫進(jìn)程可以往文件中寫；3）如果一個(gè)寫進(jìn)程正在進(jìn)行操作，禁止

19、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(gè)讀者試圖進(jìn)行讀操作時(shí)，如果這時(shí)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(gè)讀者試圖進(jìn)行讀操作時(shí)，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。　　四程序?qū)崿F(xiàn) <

20、/p>　　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(dòng)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(dòng)程序根據(jù)臨界資源的共享，互斥原則編制，具體見源程序。

21、2。主控模塊：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(hào)量機(jī)制），及讀者-寫者活動(dòng)過程記錄與顯示。　　初始化系統(tǒng)環(huán)境 　　建立通信管道 　　啟動(dòng)讀者-寫者進(jìn)程 &

22、#160;　　接收系統(tǒng)調(diào)用命令　　解釋執(zhí)行 　　五程序調(diào)試　　測試數(shù)據(jù)文件格式:&l

23、t;/p>　　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(gè)線程是讀者還是寫者，以及讀寫操作的開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。每行測試數(shù)據(jù)包括四個(gè)字段，各字段間用空格分隔。第一字段為一個(gè)正整數(shù)，表示線程序號(hào)。第二字段表示相應(yīng)線程角色，R 表示讀者是，W 表示寫者。第三字段為一個(gè)正數(shù)，表示讀寫操作的開始時(shí)間。線程創(chuàng)建后，延時(shí)相應(yīng)時(shí)間（單位為秒）后發(fā)出對(duì)共享資源的讀寫申請(qǐng)。第四字段為一個(gè)正數(shù)，表示讀寫操作的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)

24、線程讀寫申請(qǐng)成功后，開始對(duì)共享資源的讀寫操作，該操作持續(xù)相應(yīng)時(shí)間后結(jié)束，并釋放共享資源。　　六結(jié)果分析和討論　　在讀者寫者同時(shí)在隊(duì)列中等待申請(qǐng)資時(shí)，讀者優(yōu)先調(diào)用資源。而且如果一個(gè)讀者申請(qǐng)進(jìn)行讀操作時(shí)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

25、是R操作，在時(shí)間3時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,在它進(jìn)入時(shí)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操作，在時(shí)間16時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,在它進(jìn)入時(shí)進(jìn)程4占用資源，它等待資源，當(dāng)4釋放時(shí)占用資源；　　進(jìn)程3是R操作，在時(shí)間5時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是2,在它進(jìn)入時(shí)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

26、讀者優(yōu)先，進(jìn)程3，5同時(shí)調(diào)運(yùn)資源；　　進(jìn)程4是R操作，在時(shí)間6時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,在它進(jìn)入時(shí)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(shí)間4時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是3, 在它進(jìn)入時(shí)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(shí)

27、調(diào)運(yùn)資源；　　七心得體會(huì)　　這一次課程設(shè)計(jì)，讓我體會(huì)很深刻。讀者-寫者問題經(jīng)典的線程同步問題的一個(gè)模型。經(jīng)過讀者寫者問題的編寫，我對(duì)同步機(jī)構(gòu)應(yīng)用有了深入的了解。懂得了運(yùn)用信號(hào)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(shí)修改。用信號(hào)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(shí)間很多，也學(xué)到

28、很多東西。了解支持多道程序的并發(fā)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決資源共享時(shí)進(jìn)程間的同步與互斥的信號(hào)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(shí)間去學(xué)習(xí)，還是會(huì)攻克困難的。　　總之，每一次課程設(shè)計(jì)不僅是我們學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)，而且是我們鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力的平臺(tái)，雖然有難度的東西總會(huì)讓人很抵觸，比如在課設(shè)過程中有很多郁悶的時(shí)候，一個(gè)小小的錯(cuò)誤一不小心就花去了自己一上午的時(shí)間，所以在這個(gè)過程中能夠磨練人的意志與耐心，

29、最后感謝鄒云康老師的指導(dǎo)與監(jiān)督。　　八源代碼　　#include <windows.h>　　#include <ctype.h>　　#include <stdio.h>&l

30、t;p>　　#include <string.h>　　#include <stdlib.h>　　#include <malloc.h>　　#define MAX_PERSON 100　　#def

31、ine READER 0 //讀者　　#define WRITER 1 //寫者　　#define END

32、; -1　　#define R READER　　#define W &

33、#160; WRITER　　typedef struct _Person　　{　　HANDLE m_hThread;//定義處理線程的句柄　　int m_nType;//進(jìn)程類型（讀寫）

34、　　int m_nStartTime;//開始時(shí)間　　int m_nWorkTime;//運(yùn)行時(shí)間　　int m_nID;//進(jìn)程號(hào)　　}Pers

35、on;　　Person g_Persons[MAX_PERSON];　　int g_NumPerson = 0;　　long g_CurrentTime= 0;//基本時(shí)間片數(shù)　　int

36、60; g_PersonLists[] = {//進(jìn)程隊(duì)列　　1, R, 3, 5, 2, W, 4, 5, 3, R, 5, 2,　　4, R, 6, 5, 5, W, 5.1, 3, END,};　　int g_N

37、umOfReading = 0;　　int g_NumOfWriteRequest = 0;//申請(qǐng)寫進(jìn)程的個(gè)數(shù)　　HANDLE g_hReadSemaphore;//讀者信號(hào)　　HANDLE g_hWriteSemaphore;//寫者信號(hào)<p&

38、gt;　　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 StartTi

39、me,int WorkTime,int ID);　　bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID);　　DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam);　　DWOR

40、D WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam);　　int main()　　{　　g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //

41、創(chuàng)建信號(hào)燈，當(dāng)前可用的資源數(shù)為1，最大為100　　g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //創(chuàng)建信號(hào)燈，當(dāng)前可用的資源數(shù)為1，最大為100　　CreatePersonList(g_PersonLists); // Create All the reader and writers<

42、;/p>　　printf("Created all the reader and writer\n...\n");　　g_CurrentTime = 0;　　while(true)　　{

43、　　g_CurrentTime++;　　Sleep(300); // 300 ms　　printf("CurrentTime = %d\n",g_CurrentTime);　　if(finished) return 0;　　} // return 0;

44、　　}　　void CreatePersonList(int *pPersonLists)　　{　　int i=0;<

45、;p>　　int *pList = pPersonLists;　　bool Ret;　　while(pList[0] != END)　　{　　switch(pList[1])&l

46、t;/p>　　{　　case R:　　Ret = CreateReader(pList[2],pList[3],pList[0]);//351,w452,523,654　　break; case W:</

47、p>　　Ret = CreateWriter(pList[2],pList[3],pList[0]);　　break;　　}　　if(!Ret)&l

48、t;p>　　printf("Create Person %d is wrong\n",pList[0]);　　pList += 4; // move to next person list　　}　　}</p

49、>　　DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam)//讀過程　　{　　Person *pPerson = (Person*)lpParam;　　// wait for the start time<

50、;/p>　　while(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime)　　{ }　　printf("Reader %d is Requesting ...\n",pPerson->m_nID);<

51、p>　　printf("\n\n************************************************\n");　　// wait for the write request　　WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE); if(g_NumOfReadi

52、ng ==0)　　{　　WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); }　　g_NumOfReading++;　　ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,

53、1,NULL);　　pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;　　printf("Reader %d is Reading the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID);　　printf("\n\n***

54、*********************************************\n");　　while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime)　　{}

55、　　printf("Reader %d is Exit...\n",pPerson->m_nID);　　printf("\n\n************************************************\n");　　WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore

56、,INFINITE);　　g_NumOfReading--;　　if(g_NumOfReading == 0)　　{ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);//此時(shí)沒有讀者，可以寫　　}&

57、lt;/p>　　ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL);　　if(pPerson->m_nID == 4) finished = true; //所有的讀寫完成　　ExitThread(0);　　return 0;&l

58、t;/b>　　}　　DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam)　　{　　Person *pPerson = (Person*)lpParam;

59、　　// wait for the start time　　while(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime)　　{}　　printf("Writer %d is Request

60、ing ...\n",pPerson->m_nID);　　printf("\n\n************************************************\n");　　WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE);<

61、p>　　// modify the writer's real start time　　pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;　　printf("Writer %d is Writting the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID);&

62、lt;/p>　　while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime)　　{}　　printf("Writer %d is Exit...\n",pPerson->

63、m_nID);　　printf("\n\n************************************************\n");　　//g_NumOfWriteRequest--;　　ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);&l

64、t;/p>　　if(pPerson->m_nID == 4) finished = true;//所有的讀寫完成　　ExitThread(0);　　return 0;　　}<

65、p>　　bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID)　　{　　DWORD dwThreadID;　　if(g_NumPerson >= MAX_PERSON)

66、return false;　　Person *pPerson = &g_Persons[g_NumPerson];　　pPerson->m_nID = ID;　　pPerson->m_nStartTime = StartTime;　　pPerson-&

67、gt;m_nWorkTime = WorkTime;　　pPerson->m_nType = READER;　　g_NumPerson++;　　// Create an New Thread　　pPerson->m_hThread= CreateThread(

68、NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);　　if(pPerson->m_hThread == NULL)　　return false;　　return true;　　}</b&

69、gt;　　bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID)　　{　　DWORD dwThreadID;　　if(g_NumPerson >= MAX_PERSON)

70、0;　　return false;　　Person *pPerson = &g_Persons[g_NumPerson];　　pPerson->m_nID = ID;　　pPerson->m_nStartTime = Start

71、Time;　　pPerson->m_nWorkTime = WorkTime;　　pPerson->m_nType = WRITER;　　g_NumPerson++;　　// Create an New Thread<

72、/p>　　pPerson->m_hThread= CreateThread(NULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);　　if(pPerson->m_hThread == NULL)　　return false;

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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