操作系统读者写者实验报告.doc

1 《操作系统原理》课程设计 课程设计起止时间：2009年11月30日至12月11日 指导教师： 成绩：

课程设计成绩评定表 质量评价指标 评 价 项 目 具 体 要 求 满 分 得 分 2

学习态度 学习认真，态度端正，遵守纪律，出勤情况良好，能够独立完成设计工作。 20

工作量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 20

设计说明书质量 设计方案正确、表达清楚；设计思路、方法科学合理；达到课程设计任务书规定的要求；图、表、文字表达准确规范，上交及时。

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答辩陈述和回答问题 陈述简明扼要，思路清晰，清楚流利，回答问题准确，基本概念清楚，有理有据，有一定深度。 30

评定成绩

指导教师签名 年 月 日

一．设计说明（四号，宋体，加粗） 通过学习操作系统，与之前的语句基础相结合，用C语言来编写读者写着问题。读者写者问题（read—write problem）是一个经典的并发程序设计问题。有两组并发进程：读者和写者，共享一个问题F，要求：（1）允许多个读者可同时对之执行读操作；（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者写者工作；（4）写者执行写操作前，应让已有的写者和读者全部退出。

二．工作原理（四号，宋体，加粗） 读者和写者问题是典型是经典的进程同步问题，进程同步任务是使并发的诸进程之间有效的共享资源，相互合作，从而保证程序的可再现性。在读者—写者问题中，允许多个读者同时读一个数据对象，因为读文件不会使数据发生混乱，但绝不允许一个写者进程与其他读 3

者进程或写者进程同时访问该数据对象。文件是诸进程能互斥访问临界资源，读者进程和写者进程，写者进程和写者进程之间的互斥。 在读者进程中，可以有多个读者在读数据库，在读者进程的计数要互斥，以免发生错误，同时注意当第一个读者进程读时，一定要封锁写者进程。当读者进程逐渐撤离时，也要针对计数变量进行互斥操作，若当前为最后一个读者进程时，读完后，则唤醒写者进程。 当写者进程在进行写操作时，可以封锁其他读者或写者进程，当写操作完成时，唤醒其他读者或写者进程。 所以分析了以下4种可能发生的情况： 第 1 种情况: 读者的优先权比写者高，而且，不用调配。 所有读者的优先权都比写者的优先权高，而且，不用调配。一个读者需要等待的唯一情况是，一个写者已经占用了文件。一个写者可以取得文件的条件是，没有一个读者处在等待状态或正在读文件。允许读者们结盟，以便能长期占用文件，而禁止写者的写。 第 2 种情况: 在一个读者已经占有了文件的时候，全体读者的优先权才比写者高。 在没有任何一个读者在读文件时，读者的优先权和写者的优先权相同。相反，如果有一个读者正在读文件，则其余的各读者都可以读文件，而不管有多少写者处在等待状态。所有读者都有权结盟，以便垄断文件。 第 3 种情况: 写者的优先权比读者的优先权高。 在一个写者提出要访问文件时，就必须使其尽可能的得到文件，而且不用调配。也就是说，在出现这一请求时，占据着文件的各进程都被执行完以后，写者可以立即得到文件。因此，在文件已为一写者请求之后到来的那些读者都必须等待，尽管某些读者正在应用文件，也是如此。所有写者可以结盟，以便能长期禁止读者的读。 第 4 种情况: 所有写者的和所有读者有相同的优先权高，哪一类都不会有比另一类更高的优先权。 如果一个读者正在应用文件，则在一个写者请求文件之前到来的全体读者，都能读文件，而之后到来的读者或写者，则要等待，不必区分他们属于哪一类进程。如果一个写者正在写文件，则所有新到来的请求都必须等待。在这一写者写完之后，它就要唤醒处在等待队列中的排在第一个位置的进程。如果此时有几个读者连续排在等待队列中的最前面各位置上，则它们可以同时读文件。

三．详细设计（四号，宋体，加粗） 了解读者—写者问题的基本思想结构，我们需要在Linux和windows环境下运行，选择语言在这里我选的是C语言。 读者-写者的读写限制（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 读者优先的限制： 如果一个读者申请读操作时，已经有一个读者在读，则该读者可以直接读 写者优先的限制： 如果一个读者申请读操作时，有写者在等待访问共享资源时，则该读者要等到没有写者处于等的状态时才能开始读操作 测试数据的格式 在文件 thread.dat 中， 1 r 3 5 2 w 4 5 .... 其中第一个代表线程的ID，第二个字段代表是读操作还是写操作，第三个字段代表操作的开 4

始时间，第4个字段是持续时间。 分析： 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。 读者优先： 如果没有写者正在操作，则读者不需要等待，用一个整型变量readcount记录当前的读者数目，用于确定是否释放写者线程，（当readcout=0 时，说明所有的读者都已经读完，释放一个写者线程），每个 读者开始读之前都要修改readcount,为了互斥的实现对readcount 的修改，需要一个互斥对象Mutex来实现互斥。 另外，为了实现写-写互斥，需要一个临界区对象 write,当写者发出写的请求时，必须先得到临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读写互斥，当readcount=1 时，（即第一个读者的到来时，），读者线程也必须申请临界区对象的所有权. 当读者拥有临界区的所有权，写者都阻塞在临界区对象write上。当写者拥有临界区对象所有权时，第一个判断完readcount==1 后，其余的读者由于等待对readcount的判断，阻塞在Mutex上！ 写者优先： 写者优先和读者优先有相同之处，不同的地方在：一旦有一个写者到来时，应该尽快让写者进行写，如果有一个写者在等待，则新到的读者操作不能读操作，为此添加一个整型变量writecount,记录写者的数目，当writecount=0时才可以释放读者进行读操作！ 为了实现对全局变量writecount的互斥访问，设置了一个互斥对象Mutex3。 为了实现写者优先，设置一个临界区对象read,当有写者在写或等待时，读者必须阻塞在临界区对象read上。 读者除了要一个全局变量readcount实现操作上的互斥外，还需要一个互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥，这两个互斥对象分别为mutex1和mutex2。 源代码：

#include "windows.h" #include #include #include #include #include #include

#define READER 'R' //读者 #define WRITER 'W' //写者 #define INTE_PER_SEC 1000 //每秒时钟中断的数目 #define MAX_THREAD_NUM 64 //最大线程数 #define MAX_FILE_NUM 32 //最大文件数目数 #define MAX_STR_LEN 32 //字符串的长度 5

int readcount=0; //读者数目 int writecount=0; //写者数目 CRITICAL_SECTION RP_Write; //临界资源 CRITICAL_SECTION cs_Write; CRITICAL_SECTION cs_Read; struct ThreadInfo { int serial; //线程序号 char entity; //线程类别(判断是读者还是写者线程) double delay; //线程延迟时间 double persist; //线程读写操作时间 };

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 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 6

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("Reader thread %d sents the reading require.\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("Reader thread %d begins to read file.\n",m_serial); Sleep(m_persist);

//退出线程