读者与写者问题课程设计报告

二、设计思路
在Windows 7 环境下，创建一个包含n 个线程的控制台进程。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的要 求，进行读写操作。请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。 读者-写者问题的读写操作限制： 读者-写者的读写限制（包括读者优先和写者优先） ⑴写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作 ⑵读-写互斥，即不能同时有一个读者在读，同时却有一个写者在 写 ⑶读读允许，即可以有2个以上的读者同时读 将所有的读者和所有的写者分别放进两个等待队列中，当读允许时 就让读者队列释放一个或多个读者，当写允许时，释放第一个写者操 作。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：⑴任意多个读进程可以同时读这个文件；⑵一次只有一
第三部分：指导教师评语
第四部分：成绩评定
第五部分：附录（源代码）
#include <windows.h> #include <ctype.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <malloc.h> #define MAX_PERSON 100 #define READER 0 //读者 #define WRITER 1 //写者 #define END -1 #define R READER #define W WRITER typedef struct _Person { HANDLE m_hThread;//定义处理线程的句柄 int m_nType;//进程类型（读写） int m_nStartTime;//开始时间 int m_nWorkTime;//运行时间 int m_nID;//进程号 }Person; Person g_Persons[MAX_PERSON]; int g_NumPerson = 0; long g_CurrentTime= 0;//基本时间片数 int g_PersonLists[] = {//进程队列 1, W, 3, 5, 2, W, 16, 5, 3, R, 5, 2, 4, W, 6, 5, 5, R, 4, 3, 6, R, 17,7, END, }; int g_NumOfReading = 0; int g_NumOfWriteRequest = 0;//申请写进程的个数 HANDLE g_hReadSemaphore;//读者信号 HANDLE g_hWriteSemaphore;//写者信号 bool finished = false; //所有的读完成
图2.1读者—写者总体流程框图
三、过程论述
⑴概要设计 程序由两部分组成： ①读者-写者模块：包括系统调用接口，读者-写者活动描述主程 序。系统接口主要功能是通过管道向父进程发送系统调用命令，并读取 父进程送来的返回值。读者-写者活动程序根据临界资源的共享，互斥 原则编制，具体见源程序。 ②主控模块：主控模块实现系统初始化系统调用命令接收与解释执 行，系统调用功能的实现（包括信号量机制），及读者-写者活动过程 记录与显示。 初始化系统环境 建立通信管道 启动读者-写者进程 接收系统调用命令 解释执行
个写进程可以往文件中写；⑶如果一个写进程正在进行操作，禁止任何 读进程度文件。我们需要分两种情况实现该问题： 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。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，具体流程如下图 2.1所示。
//bool wfinished = false; //所有的写完成 void CreatePersonList(int *pPersonList); bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID); bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID); DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam); DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam); int main() { g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //创建信号灯，当前可用的资源数为1，最大为100 g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //创建信号灯，当前可用的资源数为1，最大为100 CreatePersonList(g_PersonLists); // Create All the reader and writers printf("Created all the reader and writer\n...\n"); g_CurrentTime = 0; while(true) { g_CurrentTime++; Sleep(300); // 300 ms printf("CurrentTime = %d\n",g_CurrentTime); if(finished) return 0; } // return 0; } void CreatePersonList(int *pPersonLists) { int i=0; int *pList = pPersonLists; bool Ret; while(pList[0] != END) { switch(pList[1]) {
图4.1进程1进入图
图4.2进程1完成图
进程2是R操作，在时间16时进入队列,运行时间是5,在它进入时进 程4占用资源，它等待资源，当4释放时占用资源，具体表现如下图 4.3、图4.4所示；
图4.3进程2进入图
图4.4进程2完成图
进程3是R操作，在时间5时进入队列,运行时间是2,在它进入时进程 1占用资源，它等待资源，当进程1释放资源后，由于读者优先，进程 3，5同时调运资源，具体表现如下图4.5、图4.6所示；
进程5是R操作，在时间4时进入队列,运行时间是3, 在它进入时进 程1占用资源，它等待资源，当进程1释放资源后，由于读者优先，进程 3，5同时调运资源，具体表现如下图4.9、图4.10所示；
图4.9进程5进入图
图4.10进程5完成图
进程6是R操作，在时间17时进入队列,运行时间是7,在它进入时进 程2占用资源，它等待进程2释放后最后调用资源，具体表现如下图4.11 所示。
图4.5进程3进入图
图4.6进程3完成图
进程4是W操作，在时间6时进入队列,运行时间是5,在它进入时进程 1占用资源，它等待资源，当进程1释放资源后，由于读者优先，进程 3，5占用资源，它依然等待，直到进程3，5都结束，具体表现如下图 4.7、图4.8所示；
第二部分：参考文献
1.谭浩强.C++程序设计[M].清华大学出版社，2004 2.汤子瀛. 计算机操作系统[M]. 西安电子科技大学出版社. 2006.9 3.刘振安、刘燕君著.C++程序设计课程设计[M].机械工业出版社，2004 4.[美]Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne 著. 郑扣根 译. 操作系 统概念（第六版）[M].高等教育出版社，2004 5.陈向群，向勇 等. Windows操作系统原理（第二版）[M].机械工业出版社，2004
所谓读者写者问题，是指保证一个writer进程必须与其他进程互斥 地访问共享对象的同步问题。 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，读者必写者优先，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，而读者写者问题则是这一机制的一个 经典范例。 与记录型信号量解决读者—写者问题不同，信号量机制它增加了一 个限制，即最多允许RN个读者同时读。为此，又引入了一个信号量L,并 赋予初值为RN，通过执行wait（L,1,1）操作，来控制读者的数目，每 当有一个读者进入时，就要执行wait（L,1,1）操作，使L的值减1。当 有RN个读者进入读后，L便减为0，第RN+1 个读者要进入读时，必然会 因wait（L,1,1）操作失败而堵塞。对利用信号量来解决读者—写者问 题的描述如下： Var RN integer;L,mx:semaphore: =RN,1； Begin Parbegin Reader :begin Repeat Swait（L,1,1）; Swait（mx,1,0）; Perform reader operation; Ssignal(L,1); Until false; End Writer：begin
图4.11进程6进入图
五、总结
本次操作系统课程设计我们小组完成的是读者写者问题，通过学习 信号量机制，我们对其的同步与互斥机制有了很深掌握并认识到同步与 互斥可以保证在一个时间内只有一个线程对某个资源有控制权。共享资 源包括全局变量、公共数据成员或者句柄等。同步还可以使得有关联交 互作用的代码按一定的顺序执行。 总体来说我认为操作系统这门学科在计算机科学当是中非常重要 的。他将我们学过的编程语言联系起来，可以说是第一次利用C语言利 用windows的API与系统进行“沟通”。 总而言之，这次操作系统的课程设计收获颇丰，复习了许多东西， 也从新学会了许多东西。我想这也许就是课程设计的最终目的吧。