读者写者问题课程设计说明书

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： 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。

附件1：学号：012081034课程设计进程同步模拟设计——读者和题目写者问题学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术班级计算机科学与技术姓名指导教师2011 年 1 月19 日目录目录 (1)1 设计概述 (4)1.1问题描述： (4)1.1.1规则： (4)1.1.2读者和写者的相互关系： (4)1.2采用信号量机制 (4)1.3 C++语言程序模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题 (5)2课程设计目的及功能 (5)2.1 设计目的 (5)2.2 设计功能： (5)3 需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图) (5)3.1数据结构 (5)3.2模块说明 (6)3.3开发平台及源程序的主要部分 (6)3.3.1写操作的设计： (6)3.3.2读操作的设计： (7)3.3.3主函数的设计： (9)3.4 功能流程图 (12)4测试用例，运行结果与运行情况分析 (12)4.1测试用例 (12)4.2运行结果 (13)4.3运行情况分析 (14)5自我评价与总结 (15)6 参考文献 (16)课程设计任务书学生姓名：专业班级：计算机科学与技术指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——读者和写者问题初始条件：1．预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．模拟用信号量机制实现读者和写者问题。

2．设计报告内容应说明：⑴课程设计目的与功能；⑵需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)；⑶源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他的其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。

《计算机操作系统》实验报告题目读者写者问题学院（部）信息学院专业计算机科学与技术班级、学生姓名学号指导教师（签字）一、《二、问题描述一个数据文件或者记录，可以被多个进程共享，我们把只要求读该文件的进程称为“Reader进程”，其他进程则称为“Writer进程”。

允许多个进程同时读一个共享对象，因为读操作不会是数据文件混乱。

但不允许一个Writer进程和其他Reader进程或者Writer进程同时访问共享对象，因为这种访问将会引起混乱。

所谓“读者——写着问题（Reader—Writer Problem）”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三、解决问题为实现Reader与Writer进程间在读或写是的互斥而设置了一个互斥的信号量Wmutex。

另外，在设置一个整型变量Readcount表示正在读的进程数目。

由于只要有一个Reader进程在读，便不允许Writer去写。

因此，仅当Readercount=0时，表示尚无Reader进程在读时，Reader进程才需要进行Wait（wmutex）操作。

若Wait（Wmutex）操作成功，Reader 进程便可去读，相应地，做Readcount+1操作。

同理，仅当Reader进程在执行了Readercount-1操作后其值为0时，才执行Signal（Wmutex）操作，以便让Writer进程写。

又因为Readercount是一个可被多个Reader 进程访问的临界资源，因此也应该为它设置一个互斥信号量rmutex。

四、代码实现1、读者优先#include<iostream>#include<>using namespace std;CRITICAL_SECTION rmutex,wmutex;int wr;$int readernum;DWORD WINAPI reader(LPVOID IpParamter){cout<<"读者申请\n";wr++;EnterCriticalSection(&rmutex);if(readernum==0)EnterCriticalSection(&wmutex);readernum++;cout<<"读者进入成功正在读取\n";LeaveCriticalSection(&rmutex);Sleep(2000);—EnterCriticalSection(&rmutex);readernum--;cout<<"读者退出\n";wr--;if(readernum==0)LeaveCriticalSection(&wmutex);LeaveCriticalSection(&rmutex);return 0;}DWORD WINAPI writer(LPVOID PM){cout<<"写者申请\n";&while(wr!=0){}EnterCriticalSection(&wmutex);cout<<"写者已进入正在写入\n";Sleep(500);cout<<"写者退出\n";LeaveCriticalSection(&wmutex);return 0;}int main(){readernum=0;#wr=0;InitializeCriticalSection(&rmutex);InitializeCriticalSection(&wmutex);HANDLE hr[5];//定义读者线程HANDLE hw[5];//定义写者线程//int thnum;int drn=0; //输入的读者个数int dwn=0; //输入的写者个数cout<<"输入读者写者线程 1代表读者 2代表写者 0代表结束"<<endl;int th[10];int num=0;^cin>>th[num];while(th[num]){if(th[num]==1){drn++;}if(th[num]==2){dwn++;}num++;cin>>th[num];}&int hr1=0,hw1=0;for(int j=0;j!=num;j++){if(th[j]==1){hr[hr1]=CreateThread(NULL,0,reader,NULL,0,NULL);hr1++;}if(th[j]==2){hw[hw1]=CreateThread(NULL,0,writer,NULL,0,NULL);hw1++;}}>WaitForMultipleObjects(drn, hr, TRUE, INFINITE);WaitForMultipleObjects(dwn, hw, TRUE, INFINITE);for(int i=0;i!=drn;i++){CloseHandle(hr[i]);}for(int i=0;i!=dwn;i++){CloseHandle(hw[i]);}DeleteCriticalSection(&rmutex);DeleteCriticalSection(&wmutex);return 0;（}2、写者优先#include<iostream>#include<>using namespace std;CRITICAL_SECTION rmutex,wmutex;int ww;int readernum;DWORD WINAPI reader(LPVOID IpParamter){cout<<"读者申请\n";!while(ww!=0){}EnterCriticalSection(&rmutex);if(readernum==0){EnterCriticalSection(&wmutex);}cout<<"读者进入成功正在读取\n";readernum++;LeaveCriticalSection(&rmutex);Sleep(2000);EnterCriticalSection(&rmutex);-readernum--;if(readernum==0)LeaveCriticalSection(&wmutex);cout<<"读者退出\n";LeaveCriticalSection(&rmutex);return 0;}DWORD WINAPI writer(LPVOID PM){ww++;cout<<"写者申请\n";EnterCriticalSection(&wmutex);{cout<<"写者已进入正在写入\n";Sleep(1000);cout<<"写者退出\n";ww--;LeaveCriticalSection(&wmutex);return 0;}int main(){readernum=0;ww=0;InitializeCriticalSection(&rmutex);|InitializeCriticalSection(&wmutex);HANDLE hr[5];//定义读者线程HANDLE hw[5];//定义写者线程int drn=0; //输入的读者个数int dwn=0; //输入的写者个数cout<<"输入读者写者线程 1代表读者 2代表写者 0代表结束"<<endl;int th[10];int num=0;cin>>th[num];while(th[num]){if(th[num]==1){、drn++;}if(th[num]==2){dwn++;}num++;cin>>th[num];}int hr1=0,hw1=0;for(int j=0;j!=num;j++){if(th[j]==1){》hr[hr1]=CreateThread(NULL,0,reader,NULL,0,NULL);Sleep(10);hr1++;}if(th[j]==2){hw[hw1]=CreateThread(NULL,0,writer,NULL,0,NULL);Sleep(10);hw1++;}}WaitForMultipleObjects(drn, hr, TRUE, INFINITE);*WaitForMultipleObjects(dwn, hw, TRUE, INFINITE);for(int i=0;i!=drn;i++){CloseHandle(hr[i]);}for(int i=0;i!=dwn;i++){CloseHandle(hw[i]);}DeleteCriticalSection(&rmutex);DeleteCriticalSection(&wmutex);return 0;}3、执行结果读者优先在读者优先中先两个读者申请，再一个写者申请，再有两个读者申请。

课程设计读者写者问题一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握读者写者问题的基本概念和相关原理；技能目标要求学生能够运用所学知识解决实际问题，如设计并发控制算法；情感态度价值观目标要求学生培养团队合作意识，提高解决复杂问题的信心。

教学目标的具体、可衡量性体现在：学生能够准确地描述读者写者问题的定义和特点；能够运用基本的并发控制算法解决读者写者问题；在团队项目中，能够有效地协作，共同完成任务。

二、教学内容根据课程目标，本课程的教学内容主要包括读者写者问题的基本概念、并发控制算法及其应用。

教学大纲按照以下顺序安排：1.读者写者问题的定义、特点及分类；2.基本并发控制算法：锁、信号量、管程等；3.读者写者问题的解决方案及评价；4.实际应用案例分析。

教材选用《计算机操作系统》一书，章节安排与教学大纲相对应。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。

主要包括：1.讲授法：讲解基本概念、原理和算法；2.讨论法：分组讨论解决方案，促进学生思考；3.案例分析法：分析实际应用案例，提高学生解决实际问题的能力；4.实验法：动手实现并发控制算法，培养实际操作能力。

四、教学资源教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。

教材《计算机操作系统》提供理论知识；参考书补充拓展相关内容；多媒体资料生动展示原理和算法；实验设备支持学生动手实践。

教学资源的选择和准备旨在支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，提高学习效果。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等，以全面反映学生的学习成果。

平时表现主要评估学生在课堂讨论、提问等方面的参与度；作业分为课后练习和实验报告，评估学生对知识的掌握和实际操作能力；考试则评估学生对课程知识的全面理解。

评估方式力求客观、公正，确保学生在各个方面的努力和进步都能得到合理的评价。

评估结果将作为学生课程成绩的重要组成部分，以激发学生的学习积极性。

《操作系统原理》课程设计任务书题目：读者-写者问题的实现学生姓名：李志旭学号：13740113 班级：_13级软件工程_题目类型：软件工程（R）指导教师：陈文娟、马生菊一、设计目的学生通过该题目的设计过程，掌握读者、写者问题的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。

二、设计任务编写程序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）写-写互斥：不能有两个写者同时进行写操作读-写互斥：不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。

读-读允许：可以有一个或多个读者在读。

三、设计要求1.分析设计要求，给出解决方案（要说明设计实现所用的原理、采用的数据结构）。

2.设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。

3.设计中遇到的问题，设计的心得体会。

4.文档：课程设计打印文档每个学生一份，并装在统一的资料袋中，资料袋前面要贴有学校统一的资料袋封面。

四、提交的成果1. 课程设计说明书内容包括(1) 封面（学院统一印制）；(2) 课程设计任务书；(3) 中文摘要150字；关键词3-5个；(4) 目录；(5) 正文；（设计思想；各模块的伪码算法；函数的调用关系图；测试结果等）(6) 设计总结；(7) 参考文献；(8) 致谢等。

注：每一部分是单独的一章，要另起一页写。

2. 排版要求(1) 所有一级标题为宋体三号加粗（即上面写的2～8部分，单独一行，居中）(2) 所有二级标题为宋体四号加粗（左对齐）(3) 所有三级标题为宋体小四加粗（左对齐）(4) 除标题外所有正文为宋体小四，行间距为固定值22磅，每个段落首行缩进2字符(5) 目录只显示3级标题，目录的最后一项是无序号的“参考文献资料”。

3. 其他要求（班长负责，务必按照以下方式建文件夹）(1) 以班级为单位刻录光盘一张，光盘以班级命名，例如：“10级计算机科学与技术1班”；(2) 光盘内每人一个文件夹，以学号姓名命名——如“10730101 陈映霞”，内容包括任务书、设计文档。

2.读者—写者问题读者—写者问题（Readers-Writers problem）也是一个经典的并发程序设计问题，是经常出现的一种同步问题。

计算机系统中的数据（文件、记录）常被多个进程共享，但其中某些进程可能只要求读数据（称为读者Reader）；另一些进程则要求修改数据（称为写者Writer）。

就共享数据而言，Reader和Writer是两组并发进程共享一组数据区，要求：（1）允许多个读者同时执行读操作；（2）不允许读者、写者同时操作；（3）不允许多个写者同时操作。

Reader和Writer的同步问题分为读者优先、弱写者优先（公平竞争）和强写者优先三种情况，它们的处理方式不同。

（1）读者优先。

对于读者优先，应满足下列条件：如果新读者到：①无读者、写者，新读者可以读；②有写者等待，但有其它读者正在读，则新读者也可以读；③有写者写，新读者等待。

如果新写者到：①无读者，新写者可以写；②有读者，新写者等待；③有其它写者，新写者等待。

单纯使用信号量不能解决读者与写者问题，必须引入计数器rc 对读进程计数；rc_mutex 是用于对计数器rc 操作的互斥信号量；write表示是否允许写的信号量；于是读者优先的程序设计如下：int rc=0; //用于记录当前的读者数量semaphore rc_mutex=1; //用于对共享变量rc 操作的互斥信号量semaphore write=1; //用于保证读者和写者互斥地访问的信号量void reader() /*读者进程*/do{P(rc_mutex); //开始对rc共享变量进行互斥访问rc ++; //来了一个读进程，读进程数加1if (rc==1) P(write)；//如是第一个读进程，判断是否有写进程在临界区，//若有，读进程等待，若无，阻塞写进程V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问读文件；P(rc_mutex); //开始对rc共享变量的互斥访问r c--; //一个读进程读完，读进程数减1if (rc == 0) V(write)；//最后一个离开临界区的读进程需要判断是否有写进程//需要进入临界区，若有，唤醒一个写进程进临界区V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问} while(1)void writer() /*写者进程*/do{P(write); //无读进程，进入写进程；若有读进程，写进程等待写文件;V(write); //写进程完成；判断是否有读进程需要进入临界区，//若有，唤醒一个读进程进临界区} while(1)读者优先的设计思想是读进程只要看到有其它读进程正在读，就可以继续进行读；写进程必须等待所有读进程都不读时才能写，即使写进程可能比一些读进程更早提出申请。

目录摘要 (1)一引言 (1)1.1 问题的提出 (2)1.2任务与分析 (2)二设计思路 (3)2.1读者优先 (3)2.2 写者优先 (4)3程序调试运行和使用平台 (5)3.1运行平台 (5)3.2具体操作如下： (5)4课程设计理论基础 (9)4.1临界区 (10)4.2定义线程结构 (10)4.3 互斥对象 (10)4.4 创建读者线程 (11)4.5 等待函数 (11)4.6 函数结构 (11)5功能设计、结构设计、数据结构以及核心算 (12)5.1读者优先结果 (12)5.2写者优先结果 (12)5.3数据结构以及核心算法 (13)6 结论 (13)致谢 (14)参考文献 (14)附录 (15)摘要在现代操作系统中，几乎毫无例外的都是通过文件系统来组织和管理在计算机中所存储的大量程序和数据；或者说，文件系统的管理功能，使通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件来实现的。

文件系统负责管理在外存上的文件，并把对文件的存取、共享和保护等功能调用提供给用户。

不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可有效的提高系统资源的利用率操作系统是一门实践性很强的课程，不仅要学习书本上的理论，而且必须动手实践才能对操作系统基本原理真正理解。

本课程设计中的题目能加深学生对教学内容的理解，培养学生初步掌握操作系统基本功能的设计方法及其实现过程。

计算机操作系统是计算机中的关键性技术，它的设计与实现体现了程序设计与软件工程的精髓。

计算机操作系统原理课程那个是计算机科学与技术及相关专业的核心课程，历来为计算机及信息学科所重视。

操作系统原理课程设计正是该课程时间环节的集中表现，它不仅可使学生巩固理论学习的概念、原理、设计及算法，同时也可培养软件开发所应有的系统结构设计和软件工程素养。

关键词：操作系统文件系统功能调用1 引言1.1 问题的提出在Windows2000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。

成绩：实验报告课程名称：Unix下C实验项目：读者写者问题姓名：专业：网络工程班级：网络学号：指导老师：计算机科学与技术学院实验教学中心2013 年 12 月 22目录一课程设计目的及意义 (1)二课程设计内容 (1)三总体设计 (1)四详细设计 (2)五系统实现 (3)六总结 (5)七源代码 (6)一、课程设计目的及意义l.用信号量来实现读者写者问题。

2.理解和运用信号量、PV原语、进程间的同步互斥关系等基本知识。

3.通过研究Linux的线程机制和信号量实现读者写者(Reader-Writer)问题并发控制。

二、课程设计内容在windows或者linux环境下编写一个控制台应用程序，本次课程设计在操作系统：Linux下，使用的编程语言为C语言。

该程序运行时能创建N个线程，其中既有读者线程又有写者线程，它们按照事先设计好的测试数据进行读写操作。

用信号量和PV操作实现读者/写者问题。

三、总体设计读者/写者问题的描述如下：有一个被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，甚至可以是一组处理器寄存器。

有一些只读取这个数据区的进程（reader）和一些只往数据区中写数据的进程（writer）。

以下假设共享数据区是文件。

这些读者和写者对数据区的操作必须满足以下条件：读—读允许；读—写互斥；写—写互斥。

这些条件具体来说就是：（1）任意多的读进程可以同时读这个文件；（2）一次只允许一个写进程往文件中写；程访问文件；（4）写进程执行写操作前，应让已有的写者或读者全部退出。

这说明当有读者在读文件时不允许写者写文件。

四、详细设计读者-写者的读写限制1）写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作2）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3）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。

目录第一章课程设计目的和要求ﻩ错误!未定义书签。

1.1 课程设计目的ﻩ错误!未定义书签。

1.2 课程设计要求 0第二章课程设计任务内容ﻩ错误!未定义书签。

2.1课程设计任务......................................... 错误!未定义书签。

２.2课程设计内容ﻩ1第三章详细设计说明ﻩ错误!未定义书签。

3.1问题描述ﻩ错误!未定义书签。

3．2模块设计ﻩ错误!未定义书签。

3．3程序流程图ﻩ错误!未定义书签。

3.4算法与数据结构....................................... 错误!未定义书签。

３.４.1数据结构..................................... 错误!未定义书签。

3.４．2算法描述..................................... 错误!未定义书签。

3．４.３算法流程图 (5)第四章软件使用说明.......................................... 错误!未定义书签。

4．1系统开发与运行环境ﻩ错误!未定义书签。

４.2系统的运行说明ﻩ错误!未定义书签。

4.3 运行结果 (9)第五章课程设计心得体会...................................... 错误!未定义书签。

附录1：参考文献ﻩ错误!未定义书签。

附录２:程序清单.............................................. 错误!未定义书签。

第一章课程设计目的和要求1．１课程设计目的操作系统是计算机系统的核心和灵魂，是计算机系统必不可少的组成部分，也是计算机专业教学的重要内容。

该课程概念众多、内容抽象、灵活性与综合性强，不但需要理解操作系统的概念和原理，还需要加强操作系统实验,上机进行编程实践,故进行此次课程设计,使我们更好地掌握操作系统的精髓，真正做到深刻理解和融会贯通。

经典同步问题读者-写者问题读者-写者问题在读者-写者问题中，只对共享数据进⾏读取的进程为读者进程，修改共享数据的进程称为写者进程。

多个读者可同时读取共享数据⽽不会导致出现错误，但是任何时刻多个写者进程不能同时修改数据，写者进程和读者进程也不能同时访问共享数据。

读者-写者问题的解决策略有不同的倾向。

读者优先需要⽤到的共享变量：semaphore rw_mutex = 1; // 读者与写者互斥访问共享数据的互斥信号量semaphore mutex = 1; // 多个读者进程互斥修改当前读者进程数量的信号量int read_count = 0; // 系统当前读者进程数量写者进程结构do {wait(rw_mutex);.../* 修改共享数据 */...signal(rw_mutex);}while(true);读者进程结构do {wait(mutex); // 获取修改读者进程数量的互斥信号量，该操作在请求rw_mutex之前，防⽌出现死锁read_count++;if(read_count == 1) // 判断当前是否为第⼀个读者进程wait(rw_mutex); // 如果是就需要请求访问共享数据的互斥信号量signal(mutex); // read_count修改后释放信号量.../* 读取数据 */...wait(mutex); // 获取修改读者进程数量的互斥信号量read_count--;if(read_count == 0) // 判断当前进程是否为最后⼀个读者进程signal(rw_mutex); // 如果是则释放共享数据的互斥信号量，以允许写者进程操作共享数据signal(mutex);}while(true);读者优先有可能导致写者进程产⽣饥饿现象，当系统中不断出现读者进程时，写者进程始终⽆法进⼊临界区。

写者优先需要⽤到的共享变量：semaphore rw_mutex = 1; // 读者与写者互斥访问共享数据的互斥信号量semaphore r_mutex = 1; // 互斥修改当前读取⽂件的进程数semaphore w_mutex = 1; // 互斥修改当前修改⽂件的进程数semaphore enter_mutex = 1; // 获取申请访问⽂件的权限int read_count = 0; // 系统当前读者进程数量int write_count = 0; // 系统当前写者进程数量写者进程结构do {wait(w_mutex); // 新的写者进程进⼊，获取修改写者进程数量的权限write_count++;if(write_count == 1) // 判断当前是否为第⼀个写者进程wait(enter_mutex); // 阻断后续到达的读者进程signal(w_mutex);wait(rw_mutex); // 获取访问⽂件的权限，⽂件可能被其它写者进程占⽤，或者等待最后⼀个读者进程释放.../* 修改数据 */...wait(rw_mutex);wait(w_mutex);write_count--;if(write_count == 0) // 当所有写者进程都放弃使⽤⽂件时，运⾏读者进程申请访问⽂件signal(enter_mutex);signal(mutex);}while(true);读者进程结构do {wait(enter_mutex); // 获取申请访问⽂件的权限wait(r_mutex);read_count++;if(read_count == 1) // 判断当前是否为第⼀个读者进程wait(rw_mutex); // 占⽤⽂件signal(r_mutex);signal(enter_mutex);.../* 读取数据 */...wait(r_mutex);read_count--;if(read_count == 0)signal(rw_mutex);signal(r_mutex);}while(true);写者优先有可能导致读者进程产⽣饥饿现象，当系统中不断出现写者进程时，读者进程始终⽆法进⼊临界区。

课程设计任务书目录一、课程设计目的及要求 (1)二、相关知识 (1)三、题目分析 (2)四、概要设计 (4)五、代码及流程 (5)六、运行结果 (11)七、设计心得 (12)八、参考文献 (12)一、课程设计目的及要求读者与写者问题（进程同步问题）用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：1）写-写互斥；2）读-写互斥；3）读-读允许；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。

二、相关知识Windows API：在本实验中涉及的API 有：1线程控制：CreateThread 完成线程创建，在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函数；它的返回值为所创建线程的句柄。

HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // SDDWORD dwStackSize, // initial stack sizeLPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, // threadfunctionLPVOID lpParameter, // thread argumentDWORD dwCreationFlags, // creation optionLPDWORD lpThreadId // thread identifier);2 ExitThread 用于结束当前线程。

VOID ExitThread(DWORD dwExitCode // exit code for this thread);3Sleep 可在指定的时间内挂起当前线程。

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds // sleep time);4信号量控制：WaitForSingleObject可在指定的时间内等待指定对象为可用状态；DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, // handle to objectDWORD dwMilliseconds // time-out interval);hHandle为等待的对象，也就是实现同步或者互斥的对象。

2.读者—写者问题读者—写者问题（Readers-Writers problem）也是一个经典的并发程序设计问题，是经常出现的一种同步问题。

计算机系统中的数据（文件、记录）常被多个进程共享，但其中某些进程可能只要求读数据（称为读者Reader）；另一些进程则要求修改数据（称为写者Writer）。

就共享数据而言，Reader和Writer是两组并发进程共享一组数据区，要求：（1）允许多个读者同时执行读操作；（2）不允许读者、写者同时操作；（3）不允许多个写者同时操作。

Reader和Writer的同步问题分为读者优先、弱写者优先（公平竞争）和强写者优先三种情况，它们的处理方式不同。

（1）读者优先。

对于读者优先，应满足下列条件：如果新读者到：①无读者、写者，新读者可以读；②有写者等待，但有其它读者正在读，则新读者也可以读；③有写者写，新读者等待。

如果新写者到：①无读者，新写者可以写；②有读者，新写者等待；③有其它写者，新写者等待。

单纯使用信号量不能解决读者与写者问题，必须引入计数器rc 对读进程计数；rc_mutex 是用于对计数器rc 操作的互斥信号量；write表示是否允许写的信号量；于是读者优先的程序设计如下：int rc=0; //用于记录当前的读者数量semaphore rc_mutex=1; //用于对共享变量rc 操作的互斥信号量semaphore write=1; //用于保证读者和写者互斥地访问的信号量void reader() /*读者进程*/do{P(rc_mutex); //开始对rc共享变量进行互斥访问rc ++; //来了一个读进程，读进程数加1if (rc==1) P(write)；//如是第一个读进程，判断是否有写进程在临界区，//若有，读进程等待，若无，阻塞写进程V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问读文件；P(rc_mutex); //开始对rc共享变量的互斥访问r c--; //一个读进程读完，读进程数减1if (rc == 0) V(write)；//最后一个离开临界区的读进程需要判断是否有写进程//需要进入临界区，若有，唤醒一个写进程进临界区V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问} while(1)void writer() /*写者进程*/do{P(write); //无读进程，进入写进程；若有读进程，写进程等待写文件;V(write); //写进程完成；判断是否有读进程需要进入临界区，//若有，唤醒一个读进程进临界区} while(1)读者优先的设计思想是读进程只要看到有其它读进程正在读，就可以继续进行读；写进程必须等待所有读进程都不读时才能写，即使写进程可能比一些读进程更早提出申请。

*******************实践教学*******************计算机与通信学院2012年秋季学期操作系统原理课程设计题目：读者-写者问题的实现专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：目录摘要 (2)1．设计思想 (3)2．各模块的伪码算法 (4)3. 函数关系调用图 (6)4．程序测试结果 (7)设计总结 (10)参考文献 (11)致谢 (12)摘要本设计的读者写者问题，是指一些进程共享一个数据区。

数据区可以使一个文件、一块内存空间或者一组寄存器。

Reader进程只能读数据区中的数据，而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来确定当前是否可操作。

本设计方案就是通过利用记录型信号量对读者写者问题的解决过程进行模拟演示，形象地阐述记录型信号量机制的工作原理。

关键词：共享对象，互斥，同步，信号量1．设计思想本设计借助C语言实现进程同步和互斥的经典问题--读者写者问题，用高级语言编写和调试一个进程同步程序，以加深对进程同步机制的理解。

通过用C 语言模拟进程同步实现，加深理解有关进程同步和互斥机制的概念及P、V操作的应用。

学生通过该题目的设计过程，掌握读者、写者问题的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。

在 Windows环境下,创建一个包含n个线程的控制台进程。

用这n个线每个线程按相应测试数据文件的要求，进行读写操作。

程来表示 n 个读者或写者。

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。

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。

北京电子科技学院（BESTI）实验报告课程：操作系统班级：0921 姓名：学号：成绩：指导教师：徐小青实验日期：2011.11.22 实验密级：/ 预习程度：代码实验时间：12:50-15:20 仪器组次：A04 必修/选修：必修实验序号：(一)实验名称：用信号量来实现读者-写者问题实验目的与要求：理解进程(或线程)及信号量的概念实验仪器：一、实验目的：理解进程(或线程)及信号量的概念二、实验内容：1、定义一个数据缓存buffer及用于实现同步互斥的信号量。

2、定义一个读者函数：●当有写者在占用buffer时，读者应该等待，直到写者不再使用该buffer。

●当有其他读者在占用buffer时，读者可对buffer进行读取操作。

●当buffer中有数据时，则从其中读取一个数据，并显示然后退出。

●当buffer中没有数据时，应等待，直到buffer中有数据可读。

3、定义一个写者函数●当有读者在占用buffer时，写者应该等待，直到所有的读者都退出为止。

●当有其他写者占用buffer时，该写者应该等待，直到占用buffer的写者退出为止。

●当buffer有空闲时，写者应该在buffer中写入一个数据并退出。

●当buffer满时，写者应该等待，直到buffer有空闲为止。

4、定义主函数，在其中可以任意创建读者与写者。

可根据用户输入创建读者或写者进程(线程)。

三、实验当堂完成内容：1，将设计好的思路以代码形式呈现，并调通。

2，将数据改变，看结果是否符合预期设想3，与同学交流，将代码完善。

四、设计思想：读进程：read(){P(Sr); 申请区域P(Scot); 锁定读者计数器first = first+1;if(first ==1)P(Sdoc);V(Scnt); 解锁读者计数器开始读；P(Scnt); 锁定读者计数器V(Sdoc);V(Scnt);V(Sr);}写进程：write(){P(sdoc);开始写;V(sdoc);}主函数设计思想：五、代码及具体解释：#include <stdlib.h>#include <windows.h>#include <stdio.h>#define P(S) WaitForSingleObject(S, INFINITE)// 这是Windows 下多线程工作的P 操作#define V(S) ReleaseSemaphore(S, 1, NULL)// 这是Windows 下多线程工作的V 操作const int RN = 5 ; // 所有读者总数（可以改变）const int WN = 3; // 所有写者总数（可以改变）HANDLE Sdoc; // 文档信号量——互斥量(临界区的信号量题目要求是1）HANDLE Sr; // 读者信号量——广义信号量（一次最多有多少个读者在读）HANDLE Scnt; // 保护g_cntReader 的互斥量（目前有多少读者正在读）int g_cntReader = 0; // 读者个数计数器// funcname : JustWait ( )// note: 显示一些信息，让后等待// ret val : void//// + Parameter :// [ int ] - nReader 读者（写者）编号，读者>0，写者<0// [ int ] - min 操作等待的最短时间// [ int ] - max 操作等待得最长时间，实际等待的时间介于两者之间// [ LPCSTR ] - info 要显示的信息void JustWait(int nReader, int min, int max, LPCSTR info);DWORD WINAPI Reader(LPVOID lpPara);DWORD WINAPI Writer(LPVOID lpPara);// 这是主函数void main(){Sdoc = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, "Document");// 创建信号量初值，最大信号量值Sr = CreateSemaphore(NULL, 3, 3, "ReaderNumber"); // 一次最多允许3 个Scnt = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, "ReaderCounterProtect");// 他也是一个互斥信号量，初值为 1HANDLE threads[RN+WN];for (int i=0; i<RN; i++) //不断创建读者线程threads[i] = CreateThread(0, 0, Reader, 0, 0, 0);for (int j=0; j<WN; j++)threads[j+RN] = CreateThread(0, 0, Writer, 0, 0, 0);WaitForMultipleObjects(RN+WN, threads, TRUE, INFINITE);}// 读者线程DWORD WINAPI Reader(LPVOID lpPara){// 注意是静态变量，可以使每来一个读者增加一static int reader_num = 1;int i = reader_num ++;int x=0;while (x<=5){JustWait(i, 1, 2, "我想读"); //1s的时候来，给2s的时间去读P(Sr); // 读者未满P(Scnt); // 锁定读者计数器printf("还有%d 个读者在读, 读者%d进入\n", g_cntReader, i);g_cntReader ++;if (g_cntReader == 1) // 如果是第一个读者{JustWait(i, 1, 2, "我是第一个!");P(Sdoc); // 锁定文档printf("读者%d说：有人在读，不可写文件\n", i);JustWait(i, 1, 2, "我可以读文件了！");V(Scnt); // 解锁读者计数器释放JustWait(i, 2, 5, "我在读");// 读ing…………JustWait(i, 1, 2, "我将要离开！");P(Scnt); // 锁定读者计数器g_cntReader --;if (g_cntReader == 0) // 如果是最后一个{JustWait(i, 1, 2, "我是最后一个!");printf("读者%d说：可以对文件操作了！~~~\n", i);V(Sdoc);// 解锁文档}printf("还有%d个读者在, 读者%d离开\n", g_cntReader, i);V(Scnt);// 解锁读者计数器V(Sr); // 离开JustWait(i, 5, 3, "结束");x++;printf("%d\n",x);}return 0;}DWORD WINAPI Writer(LPVOID lpPara){// 注意是静态变量，可以使每来一个写者减去一，注意初值是负值static int g_cnt = -1;int j = g_cnt --;while (1){JustWait(j, 2, 4, "我想写");// 锁定文档P(Sdoc);printf("\t写者%d说：文件正在修改不可操作\n", -j);JustWait(j, 4, 3, "写···"); // 写ing……JustWait(j, 1, 2, "写完了，离开");printf("写者%d说：可以对文件操作了\n", -j);V(Sdoc);// 解锁文档JustWait(j, 8, 4, "休息了");}return 0;}void JustWait(int nReader, int min, int max, LPCSTR info)//min为读者到来时间，max为读者离开时间{const int BASETIME = 1000;// 等待时间的基本量，以毫秒表示int wait_time = 0;// 实际等待得时间if (max==min) // 判断是为了避免%0错误，注意取随机值wait_time = min*BASETIME;//处理时间为0；elsechar s_out[128];// 最终显示的信息缓冲if (nReader > 0)// 读者大于0，写者小于0sprintf(s_out, "读者%d说: %s\n", nReader, info);elsesprintf(s_out, "\t写者%d说: %s\n", -nReader, info);printf(s_out);// 打印Sleep(wait_time);// 然后等待}//其设计思想是：读者在读，来了写着，创建写着线程，利用时间片区分他们。

操作系统——读者写者问题⼀、问题描述要求：1、允许多个读者可以同时对⽂件执⾏读操作。

2、只允许⼀个写者往⽂件中写信息。

3、任⼀写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者⼯作。

4、写者执⾏写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。

⼆、问题分析读者写者问题最核⼼的问题是如何处理多个读者可以同时对⽂件的读操作。

三、如何实现semaphore rw = 1; //实现对⽂件的互斥访问int count = 0;semaphore mutex = 1;//实现对count变量的互斥访问int i = 0;writer(){while(1){P(rw); //写之前“加锁”写⽂件V(rw); //写之后“解锁”}}reader (){while(1){P(mutex); //各读进程互斥访问countif(count==0) //第⼀个读进程负责“加锁”{P(rw);}count++; //访问⽂件的进程数+1V(mutex);读⽂件P(mutex); //各读进程互斥访问countcount--; //访问⽂件的进程数-1if(count==0) //最后⼀个读进程负责“解锁”{V(rw);}V(mutex);}}只要有源源不断的读进程存在，写进程就要⼀直阻塞等待，可能会造成“饿死”，在上述的算法中，读进程是优先的，那么应该怎么样来改造呢？新加⼊⼀个锁变量w，⽤于实现“写优先”！这⾥我们来分析⼀下读者1->写者1->读者2这种情况。

第⼀个读者1在进⾏到读⽂件操作的时候，有⼀个写者1操作，由于第⼀个读者1执⾏了V(w)，所以写者1不会阻塞在P(w)，但由于第⼀个读者1执⾏了P(rw)但没有执⾏V(rw)，写者1将会被阻塞在P(rw)上，这时候再有⼀个读者2，由于前⾯的写者1进程执⾏了P(w)但没有执⾏V(w)，所以读者2将会被阻塞在P(w)上，这样写者1和读者2都将阻塞，只有当读者1结束时执⾏V(rw)，此时写者1才能够继续执⾏直到执⾏V(w)，读者2也将能够执⾏下去。

读写障碍课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解读写障碍的基本概念，掌握常见读写障碍的类型及其表现。

2. 学生能掌握针对读写障碍的基本干预策略和教学方法，提高对学科知识的学习效果。

3. 学生能了解我国教育政策对读写障碍的关注及相应的支持措施。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并识别周围同学可能存在的读写障碍。

2. 学生能设计并实施针对性的教学活动，帮助读写障碍同学提高阅读和写作能力。

3. 学生能通过小组合作、讨论等方式，提升自身沟通、协作和解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能树立对读写障碍的正确认识，尊重和关爱读写障碍同学，消除歧视。

2. 学生能培养关爱他人、助人为乐的品质，增强社会责任感和团队合作意识。

3. 学生通过学习，认识到教育的公平性和包容性，树立正确的教育观念。

本课程针对读写障碍进行设计，旨在帮助学生深入了解读写障碍的特点，掌握有效的干预策略，提高教育教学质量。

结合学生年级特点，课程注重培养学生的学习能力、沟通能力和团队协作能力，同时引导学生树立正确的情感态度价值观，为学生的全面发展奠定基础。

二、教学内容1. 读写障碍基础知识：介绍读写障碍的定义、类型（如：阅读障碍、书写障碍等）及表现特点，分析读写障碍的成因及影响因素。

2. 诊断与评估：讲解如何识别和评估读写障碍，包括观察、测试等方法，以及如何运用评估结果制定个性化教学计划。

3. 教学策略与方法：分析针对读写障碍的有效教学策略，如：差异化教学、多层次教学、同伴辅导等，并介绍具体的教学方法，如：拼读、词汇游戏、书写练习等。

4. 教育政策与支持：解读我国教育政策对读写障碍的关注，介绍学校、家庭和社会在支持读写障碍学生方面的责任和作用。

5. 实践活动：设计小组讨论、案例分析、教学模拟等实践活动，让学生将所学知识应用于实际教学中，提高解决实际问题的能力。

教学内容依据课程目标进行选择和组织，与课本内容紧密关联。

教学大纲明确教学内容的安排和进度，具体如下：第一周：读写障碍基础知识学习；第二周：诊断与评估方法学习；第三周：教学策略与方法探讨；第四周：教育政策与支持了解；第五周：实践活动及总结反思。