实验二 读者写者问题实验报告..

实验二读者写者问题实验报告一、实验目的Windows2000/XP提供了互斥量(mutex)、信号量(semapore)、事件(event)等三种同步对象和相应的系统调用，用于线程的互斥与同步。通过对读者写者问题的调试，了解Windows2000/XP中的同步机制。二、实验内容及实验步骤利用Windows2000/XP信号量机制，实现读者写者问题。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）：写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。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、开始读写操作和结果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。三、实验结果及分析图2.1选择界面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表示读者是，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，延时相应时间（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：1R352W453R524R655W5.13测试结果如下：图2.2读者优先运行结果图2.3写者优先运行结果分析如下：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。附：源代码如下：#includewindows.h#includeconio.h#includestdlib.h#includefstream.h#includeio.h#includestring.h#includestdio.h#defineREADER'R'//读者#defineWRITER'W'//写者#defineINTE_PER_SEC1000//每秒时钟中断数目。#defineMAX_THREAD_NUM64//最大线程数目#defineMAX_FILE_NUM32//最大数据文件数目#defineMAX_STR_LEN32//字符串长度intreadcount=0;//读者数目intwritecount=0;//写者数目CRITICAL_SECTIONRP_Write;//临界区CRITICAL_SECTIONcs_Write;CRITICAL_SECTIONcs_Read;structThreadInfo{intserial;//线程序号charentity;//线程类别（判断读者线程还是写者线程）doubledelay;doublepersist;};/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////读者优先--读者线程//p：读者线程信息voidRP_ReaderThread(void*p){//互斥变量HANDLEh_Mutex;h_Mutex=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,mutex_for_readcount);DWORDwait_for_mutex;//等待互斥变量所有权DWORDm_delay;//延迟时间DWORDm_persist;//读文件持续时间intm_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(Readerthread%dsentsthereadingrequire.\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(Readerthread%dbeginstoreadfile.\n,m_serial);Sleep(m_persist);//退出线程printf(Readerthread%dfinishedreadingfile.\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);//读者数目减少readcount--;if(readcount==0){//如果所有读者读完，唤醒写者LeaveCriticalSection(&RP_Write);}ReleaseMutex(h_Mutex);//释放互斥信号}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////读者优先--写者线程//p：写者线程信息voidRP_WriterThread(void*p){DWORDm_delay;//延迟时间DWORDm_persist;//写文件持续时间intm_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(Writerthread%dsentsthewritingrequire.\n,m_serial);//等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write);//写文件printf(Writerthread%dbeginstoWritetothefile.\n,m_serial);Sleep(m_persist);//退出线程printf(Writerthread%dfinishedWritingtothefile.\n,m_serial);//释放资源LeaveCriticalSection(&RP_Write);}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////读者优先处理函数//file：文件名voidReaderPriority(char*file){DWORDn_thread=0;//线程数目DWORDthread_ID;//线程IDDWORDwait_for_all;//等待所有线程结束//互斥对象HANDLEh_Mutex;h_Mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_readcount);//线程对象的数组HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM];ThreadInfothread_info[MAX_THREAD_NUM];readcount=0;//初始化readcountInitializeCriticalSection(&RP_Write);//初始化临界区ifstreaminFile;inFile.open(file);//打开文件printf(ReaderPriority:\n\n);while(inFile){//读入每一个读者、写者的信息inFilethread_info[n_thread].serial;inFilethread_info[n_thread].entity;inFilethread_info[n_thread].delay;inFilethread_info[n_thread++].persist;inFile.get();}for(inti=0;i(int)(n_thread);i++){if(thread_info[i].entity==READER||thread_info[i].entity=='R'){h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_ReaderThread),&thread_info[i],0,&thread_ID);//创建读者线程}else{//创建写者线程h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_WriterThread),&thread_info[i],0,&thread_ID);}}//等待所有线程结束wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_thread,h_Thread,TRUE,-1);printf(Allreaderandwriterhavefinishedoperating.\n);}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////写者优先--读者线程//p：