信号量读者写者问题

经典IPC问题（使用信号量的生产者-消费者问题、哲学家就餐问题、读者-写者问题）①使用信号量的生产者-消费者问题#define N 100typedef int semaphore;semaphore mutex = 1;semaphore empty = N;semaphore full = 0;void producer (void){int item;while(TRUE){item=produce_item();down(&empty);down(&mutex);insert_item(item);up(&mutex);up(&full);}}void consumer(void){int item;while(TRUE){down(&full);down(&mutex);item=remove_item();up(&mutex);up(&empty);consume_item(item);}}②哲学家就餐问题#define N 5#define LEFT (i+N-1)%N #define RIGHT (i+1)%N #define THINKING 0#define HUNGER 1#define EATING 2typedef int semaphore; int sate [N];void philosopher(int i){ while(TRUE){}}void take_forks(int i){down(&mutex);state[i]=HUNGER;test(i);up(&mutex);down(&s[i]);}void put_forks(i){down(&mutex);state[i]=THINKING;test(LEFT);test(RINGHT);up(&mutex);}void test(i){if(state[i]==HUNGER && state[LEFT]!=EATING && state[RIGHT]!=EATING){ state[i]=EATING;up(&s[i]);}}③读者-写者问题typedef int semaphore;semaphore mutex = 1;semaphore db = 1;int rc = 0;void reader(void){while(TRUE){down(&mutex);rc=rc+1;if(rc==1){down(&db);}up(&mutex);read_data_base();down(&mutex);rc=rc-1;if(rc==0){up(&db);}up(&mutex);use_data_read();}}void writer(void){while(TRUE){think_up_data();down(&db);write_data_base();up(&db);}}。

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。

操作系统（三）——信号量、死锁1、信号量信号量机制：概念：其实就是⼀个变量，可以⽤⼀个信号量来表⽰系统中某种资源的数量、⽤户进程通过使⽤操作系统提供的⼀对原语来对信号量进⾏操作，从⽽⽅便的实现了进程互斥。

这⾥的⼀对原语是指wait(S)和signal(S)，也简写为P(S)和V(S)，即申请和释放资源。

P、V操作必须成对出现。

整数型信号量：⽤⼀个整数作为信号量，数值表⽰某种资源数。

对信号量的操作只有三种：初始化、P操作、V操作。

不满⾜让权等待原则。

记录型信号量：S.value表⽰某种资源数，S.L指向等待该资源的队列。

P操作中，先S.value++，之后可能执⾏block阻塞原语。

V操作中，先S.value--，之后可能执⾏wakeup唤醒原语。

可以⽤记录型信号量实现系统资源的申请和释放，申请S.value--，然后如果S.value<0说明资源分配完了，就阻塞；释放S.value++，然后如果S.value<=0说明还有进程在等待队列中等待，就唤醒。

记录型信号量可以实现进程互斥、进程同步。

实现进程互斥：划定临界区。

设置互斥信号量mytex，初值为1。

在临界区之前执⾏P(mutex)，在临界区之后执⾏V(mutex)。

实现进程同步：分析那些地⽅是必须保证⼀前⼀后执⾏的两个操作。

设置同步信号量S，初始值为0。

在“前操作”之后执⾏V(S)。

在“后操作”之前执⾏P(S)。

实现前驱关系：每⼀对前驱关系都是⼀个进程同步问题。

为每⼀对前驱关系设置⼀个同步变量，初始值为0。

在“前操作”之后执⾏V操作。

在“后操作”之前执⾏P操作。

⽣产者消费者问题：⽣产者每次⽣产⼀个产品放⼊缓冲区，消费者每次从缓冲区取出⼀个产品使⽤。

缓冲区满⽣产者必须等待（同步关系1），缓冲区空消费者必须等待（同步关系2）。

缓冲区是临界资源，必须被互斥访问（互斥关系）。

问题中的P、V操作：⽣产者每次P⼀个缓冲区，V⼀个产品。

消费者每次V⼀个缓冲区，P⼀个产品。

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。

《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。

实习一:读者写者问题1实习要求在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。

每个线程按相应测试数据文件(后面有介绍)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的读者-写者问题。

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，即不能有两个写者同时进行写操作。

2)读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。

，3)读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。

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个读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。

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。

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。

2测试数据文件格式测试数据文件包括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，各个字段间用空格分隔。

第一字段为一个正整数，表示线程序号。

第二字段表示相应线程角色，R表示读者，w表示写者。

第三字段为一个正数，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申请。

第四字段为一个正数，表示读写操作的持续时间。

当线程读写申请成功后，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。

下面是一个测试数据文件的例子:2 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3注意在创建数据文件时，由于涉及到文件格式问题，最好在记事本中手工逐个键入数据，而不要拷贝粘贴数据，否则，本示例程序运行时可能会出现不可预知的错误。

3实习分析可以将所有读者和所有写者分别存于一个读者等待队列和一个写者等待队列中，每当读允许时，就从读者队列中释放一个或多个读者线程进行读操作;每当写允许时，就从写者队列中释放一个写者进行写操作。

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。