2011211320周俊霞-读者写者问题实验报告

操作系统试验--读者-写者问题周俊霞20112113202011211307班进程同步一．实习要求：本课程实验内容引自《Windows内核实验教程》(陈向群、林斌等编著，机械工业出版社2002.9)。在Windows环境下，创建一个包含n个线程的控制进程。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。1.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；2.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，以确信所有处理都遵守相应的读写操作限制。二．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。第一字段表示相应线程角色，R表示读者是，W表示写者。第二字段为一个正数，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。第三字段为一个正数，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：1R352W453R524R655W5.13三、与实验相关的API介绍在本实验中可能涉及的API有：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。HANDLECreateThread（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//SDDWORDdwStackSize,//initialstacksizeLPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,//threadfunctionLPVOIDlpParameter,//threadargumentDWORDdwCreationFlags,//creationoptionLPDWORDlpThreadId//threadidentifier）;ExitThread用于结束当前线程。VOIDExitThread（DWORDdwExitCode//exitcodeforthisthread）;Sleep可在指定的时间内挂起当前线程。VOIDSleep（DWORDdwMilliseconds//sleeptime）;信号量控制：CreateMutex创建一个互斥对象，返回对象句柄；HANDLECreateMutex（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,//SDBOOLbInitialOwner,//initialownerLPCTSTRlpName//objectname）;OpenMutex打开并返回一个已存在的互斥对象句柄，用于后续访问；HANDLEOpenMutex（DWORDdwDesiredAccess,//accessBOOLbInheritHandle,//inheritanceoptionLPCTSTRlpName//objectname）;ReleaseMutex释放对互斥对象的占用，使之成为可用。BOOLReleaseMutex（HANDLEhMutex//handletomutex）;WaitForSingleObject可在指定的时间内等待指定对象为可用状态；DWORDWaitForSingleObject（HANDLEhHandle,//handletoobjectDWORDdwMilliseconds//time-outinterval）;程序由入口函数main开始,打印出菜单，选择1则选择读者优先，调用ReaderPriority(thread.dat)函数；选择2则选择写者优先，调用WriterPriority(thread.dat)函数；选择3则退出。读者优先：ReaderPriority函数首先读取目标文件Thread.dat，为每一行请求创建一个线程，其中读请求创建读者线程，调用RP_ReaderThread函数，写请求创建写者线程，调用RP_WriterThread函数。RP_ReaderThread函数的实现如下：wait(mutex);read_count++;if(read_count==1)wait(&RP_Write);signal(mutex);读临界区……wait(mutex);read_count--;if(read_count==0)signal(&RP_Write);signal(mutex);RP_WriterThread函数的实现如下：wait(&RP_Write);写临界区……signal(&RP_Write);写者优先：WriterPriority函数首先读取目标文件Thread.dat，为每一行请求创建一个线程，其中读请求创建读者线程，调用WP_ReaderThread函数，写请求创建写者线程，调用WP_WriterThread函数。WP_ReaderThread函数实现如下：wait(mutex1);wait(&cs_Read);wait(mutex2);read_count++;if(read_count==1)wait(&cs_Write);signal(mutex2);signal(&cs_Read);signal(mutex1);读临界区……wait(mutex2);read_count--;if(read_count==0)signal(&cs_Write);signal(mutex2);WP_WriterThread函数实现如下：wait(mutex3);write_count++;if(write_count==1)wait(&cs_Read);signal(mutex3);wait(&cs_Write);写临界区……signal(&cs_Write);wait(mutex3);write_count--;if(write_count==0)signal(&cs_Read);signal(mutex3);在本实验中可能涉及的API有：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。HANDLECreateThread（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,DWORDdwStackSize,//initialstacksizeLPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,//threadfunctionLPVOIDlpParameter,//threadargumentDWORDdwCreationFlags,//creationoptionLPDWORDlpThreadId//threadidentifier）;ExitThread用于结束当前线程。VOIDExitThread（DWORDdwExitCode//exitcodeforthisthread）;Sleep可在指定的时间内挂起当前线程。VOIDSleep（DWORDdwMilliseconds//sleeptime）;信号量控制：CreateMutex创建一个互斥对象，返回对象句柄；HANDLECreateMutex（LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,BOOLbInitialOwner,//initialownerLPCTSTRlpName//objectname）;OpenMutex打开并返回一个已存在的互斥对象句柄，用于后续访问；HANDLEOpenMutex（DWORDdwDesiredAccess,//accessBOOLbInheritHandle,//inheritanceoptionLPCTSTRlpName//objectname）;ReleaseMutex相当于V操作，释放对互斥对象的占用，使之成为可用。BOOLReleaseMutex（HANDLEhMutex//handletomutex）;WaitForSingleObject相当于P操作，可在指定的时间内等待指定对象为可用状态；DWORDWaitForSingleObject（HANDLEhHandle,//handletoobjectDWORDdwMilliseconds//time-outinterval）;EnterCriticalSectionLeaveCriticalSection四、实验实例：1R352W453R524R655W5.131.读优先：只要有一个读者正在读，那么后续的读者都能立即读，不管有多少写者在等待。可能导致写者饥饿。1.读者1)写者写时，不可读2)有别的读者正在读，可读2.写者1)有读者正在读，不可写2)有写者正在写，不可写3)无读者正在读，无写者正在写，可写运行结果正确：1R352W453R524R655W5.13读者优先：依次为：读者1发送读请求；读者1开始读操作；写者2发送写请求；读者3发送读请求；读者3开始读操作；写者5发送写请求；读者4发送读请求；读者4开始读操作；读者3完成了读操作；读者1完成了读操作；读者4完成了读操作；写者2开始写操作；写者2完成写操作；写者5开始写操作；写者5完成写操作；2.写优先：1R352W453R524R655W5.13当新的写者希望写时，不允许该写者后续的读者访问数据区，但必须保证之前的读者读完。1.读者特点1)有写者正在写或者等待写，须等到没有写者才能读2)没有写者，可以读2.写者特点1)写者与写者互斥。当其它写者正在写时，其它写者不能写。2)写者与读者互斥。之前只有读者在读，当写者出现时，必须等到之前的读者都读完才能写。这尊重了之前读者的意愿。3)写者可以有条件地插读者的队。当前有写者正写，有读者在等，这时来了新写者，新写者可以在那些读者之前执行。3.写者实现事实上，这个写者优先并没有成功实现。。。只是学到了一些知识。。。。。首先，写者的代码应该是这样一种形式,才能保证同一时刻只有一个写者修改数据:[cpp]viewplaincopywhile(1){pthread_mutex_lock(&writeLock);{//临界区，限制只有一个写者修改数据write();}pthread_mutex_unlock(&writeLock);}考虑到写者对读者的影响是:当任何写者想写时，读者都必须被阻塞；并且，写者阻塞了读者并停止阻塞之前，后续的任何写者都会优先于读者执行。这就如同有一个写者队列，当第一个写者入队时，读者完全被阻塞，直到最后一个写者离开队列。据此，可以用writerCnt来统计写者的数量，而用互斥量accessWriterCnt来互斥各线程对writerCnt的访问。代码作如下调整：[cpp]viewplaincopywhile(1){pthread_mutex_lock(&accessWriterCnt);{//临界区,希望修改writerCnt,独占writerCntwriterCnt++;if(writerCnt==1){//读者与写者互斥;使用readerLock来描述;pthread_mutex_lock(&readerLock);}}pthread_mutex_unlock(&accessWriterCnt);pthread_mutex_lock(&wr