实验二读者写者问题实验报告材料.docx

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实验二读者写者问题实验报告材料

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、实验内容与实验步骤

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〕的要求进展读写操作。

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展写操作。

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展读操作时已有另一个读者正在进展读操作，如此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展读操作时已有另一写者在等待访问共享资源，如此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、实验结果与分析

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完毕，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，如此读者不需要等待，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一样之处，不同的地方在：

一旦有一个写者到来时，应该尽快让写者进展写，如果有一个写者在等待，如此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展读操作！

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;//等待所有线程完毕

//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