实验二读者写者问题实验报告.docx
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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
1、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:
1R35
2W45
3R52
4R65
5W5.13
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:
#include"windows.h"
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#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ID
DWORDwait_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readcount
InitializeCriticalSection(&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
inFile>>thread_info[n_thread].serial;
inFile>>thread_info[n_thread].entity;
inFile>>thread_info[n_thread].delay;
inFile>>thread_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:
读者线程信息
voidWP_ReaderThread(void*p)
{
//互斥变量
HANDLEh_Mutex1;
h_Mutex1=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex1");
HANDLEh_Mutex2;
h_Mutex2=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex2");
DWORDwait_for_mutex1;//等待互斥变量所有权
DWORDwait_for_mutex2;
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);
wait_for_mutex1=WaitForSingleObject(h_Mutex1,-1);
//进入读者临界区
EnterCriticalSection(&cs_Read);
//阻塞互斥对象mutex2,保证对readcount的访问、修改互斥
wait_for_mutex2=WaitForSingleObject(h_Mutex2,-1);
//修改读者数目
readcount++;
if(readcount==1)
{
//如果是第一个读者,等待写者写完
EnterCriticalSection(&cs_Write);
}
ReleaseMutex(h_Mutex2);//释放互斥信号mutex2
//让其他读者进入临界区
LeaveCriticalSection(&cs_Write);
ReleaseMutex(h_Mutex1);
//读文件
printf("Readerthread%dbeginstoreadfile.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);
//退出线程
printf("Readerthread%dfinishedreadingfile.\n",m_serial);
//阻塞互斥对象mutex2,保证对readcount的访问、修改互斥
wait_for_mutex2=WaitForSingleObject(h_Mutex2,-1);
readcount--;
if(readcount==0)
{
//最后一个读者,唤醒写者
LeaveCriticalSection(&cs_Write);
}
ReleaseMutex(h_Mutex2);//释放互斥信号
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//写者优先--写者线程
//p:
写者线程信息
voidWP_WriterThread(void*p)
{
DWORDm_delay;//延迟时间
DWORDm_persist;//写文件持续时间
intm_serial;//线程序号
DWORDwait_for_mutex3;
//互斥对象
HANDLEh_Mutex3;
h_Mutex3=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex3");
//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);
//阻塞互斥对象mutex3,保证对writecount的访问、修改互斥
wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_Mutex3,-1);
writecount++;//修改读者数目
if(writecount==1)
{
//第一个写者,等待读者读完
EnterCriticalSection(&cs_Read);
}
ReleaseMutex(h_Mutex3);
//进入写者临界区
EnterCriticalSection(&cs_Write);
//写文件
printf("Writerthread%dbeginstoWritetothefile.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);
//退出线程
printf("Writerthread%dfinishingWritingtothefile.\n",m_serial);
//离开临界区
LeaveCriticalSection(&cs_Write);
//阻塞互斥对象mutex3,保证对writecount的访问、修改互斥
wait_for_mutex3=WaitForSingleObject(h_Mutex3,-1);
writecount--;//修改读者数目
if(writecount==0)
{
//写者写完,读者可以读
LeaveCriticalSection(&cs_Read);
}
ReleaseMutex(h_Mutex3);
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//写者优先处理函数
//file:
文件名
voidWriterPriority(char*file)
{
DWORDn_thread=0;//线程数目
DWORDthread_ID;//线程ID
DWORDwait_for_all;//等待所有线程结束
//互斥对象
HANDLEh_Mutex1;
h_Mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex1");
HANDLEh_Mutex2;
h_Mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex2");
HANDLEh_Mutex3;
h_Mutex3=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex3");
//线程对象
HANDLEh_Thread[MAX_THREAD_NUM];
ThreadInfothread_info[MAX_THREAD_NUM];
readcount=0;//初始化readcount
writecount=0;//初始化writecount
InitializeCriticalSection(&cs_Write);//初始化临界区
InitializeCriticalSection(&cs_Read);
ifstreaminFile;
inFile.open(file);//打开文件
printf("WriterPriority:
\n\n");
while(inFile)
{
//读入每一个读者、写者的信息
inFile>>thread_info[n_thread].serial;
inFile>>thread_info[n_thread].entity;
inFile>>thread_info[n_thread].delay;
inFile>>thread_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')
{
//创建读者线程
h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_WriterThread),&thread_info[i],0,&thread_ID);
}
else{
//创建写者线程
h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(WP_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");
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//主函数
intmain(intargc,char*argv[])
{
charch;
while(true)
{
//打印提示信息
printf("************************************************\n");
printf("1:
ReaderPriority\n");
printf("2:
WriterPriority\n");
printf("3:
Exi
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