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Windows 2000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： 1 R 3 52 W 4 53 R 5 24 R 6 55 W 5.1 3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 <conio.h>#include <stdlib.h>#include <fstream.h>#include <io.h>#include <string.h>#include <stdio.h>#define READER 'R' / 读者#define WRITER 'W' / 写者#define INTE_PER_SEC 1000 / 每秒时钟中断数目。#define MAX_THREAD_NUM 64 / 最大线程数目#define MAX_FILE_NUM 32 / 最大数据文件数目#define MAX_STR_LEN 32 / 字符串长度int readcount=0; / 读者数目int writecount=0; / 写者数目CRITICAL_SECTION RP_Write; /临界区CRITICAL_SECTION cs_Write;CRITICAL_SECTION cs_Read;struct ThreadInfoint serial; / 线程序号char entity; /线程类别（判断读者线程还是写者线程）double delay;double persist;/ 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printf("Reader thread %d finished reading file.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void RP_WriterThread(void* p)DWORD m_delay; / 延迟时间DWORD m_persist; / 写文件持续时间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("Writer thread %d sents the writing require.n",m_serial);/ 等待资源EnterCriticalSection(&RP_Write);/写文件printf("Writer thread %d begins to Write to the file.n",m_serial);Sleep(m_persist);/ 退出线程printf("Writer thread %d finished Writing to the file.n",m_serial);/释放资源LeaveCriticalSection(&RP_Write);/ 读者优先处理函数/file：文件名void ReaderPriority(char* file)DWORD n_thread=0; /线程数目DWORD thread_ID; /线程IDDWORD wait_for_all; /等待所有线程结束/互斥对象HANDLE h_Mutex;h_Mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_readcount");/线程对象的数组HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM;readcount=0; / 初始化 readcountInitializeCriticalSection(&RP_Write); /初始化临界区ifstream inFile;inFile.open(file); /打开文件printf("Reader Priority:nn");while(inFile) /读入每一个读者、写者的信息 inFile>>thread_infon_thread.serial; inFile>>thread_infon_thread.entity; inFile>>thread_infon_thread.delay; inFile>>thread_infon_thread+.persist; inFile.get( );for(int i=0;i< (int)(n_thread);i+) if(thread_infoi.entity=READER | thread_infoi.entity='R') h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_ReaderThread),&thread_infoi,0,&thread_ID); /创建读者线程 else /创建写者线程h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_WriterThread),&thread_infoi,0,&thread_ID); /等待所有线程结束wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_thread,h_Thread,TRUE,-1);printf("All reader and writer have finished operating.n");/ 写者优先-读者线程/p：读者线程信息void WP_ReaderThread(void* p)/互斥变量HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex1");HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex2");DWORD wait_for_mutex1; /等待互斥变量所有权DWORD wait_for_mutex2;DWORD m_delay; / 延迟时间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);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("Reader thread %d begins to read file.n",m_serial);Sleep(m_persist);/ 退出线程printf("Reader thread %d finished reading file.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void WP_WriterThread(void* p)DWORD m_delay; / 延迟时间DWORD m_persist; / 写文件持续时间int m_serial; /线程序号DWORD wait_for_mutex3;/互斥对象HANDLE h_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("Writer thread %d sents the writing require.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("Writer thread %d begins to Write to the file.n",m_serial);Sleep(m_persist);/ 退出线程printf("Writer thread %d finishing Writing to the file.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void WriterPriority(char* file)DWORD n_thread=0; /线程数目DWORD thread_ID; /线程IDDWORD wait_for_all; /等待所有线程结束/互斥对象HANDLE h_Mutex1;h_Mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex1");HANDLE h_Mutex2;h_Mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex2");HANDLE h_Mutex3;h_Mutex3=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex3");/线程对象HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM;ThreadInfo thread_infoMAX_THREAD_NUM;readcount=0; / 初始化 readcountwritecount=0; / 初始化writecountInitializeCriticalSection(&cs_Write); /初始化临界区InitializeCriticalSection(&cs_Read);ifstream inFile;inFile.open(file); /打开文件printf("Writer Priority:nn");while(inFile) /读入每一个读者、写者的信息 inFile>>thread_infon_thread.serial; inFile>>thread_infon_thread.entity; inFile>>thread_infon_thread.delay; inFile>>thread_infon_thread+.persist; inFile.get( );for(int i=0;i< (int)(n_thread);i+) if (thread_infoi.entity=READER | thread_infoi.entity='R') /创建读者线程 h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(RP_WriterThread),&thread_infoi,0,&thread_ID); else /创建写者线程h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(WP_WriterThread),&thread_infoi,0,&thread_ID); /等待所有线程结束wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_thread,h_Thread,TRUE,-1);printf("All reader and writer have finished operating.n");/主函数int main(int argc,char* argv)char ch;while (true) /打印提示信息 printf("*n"); printf(" 1:Reader Priorityn"); printf(" 2:Writer Priorityn"); printf(" 3:Exit Priorityn"); printf("*n"); printf("Enter your choice(1,2 or 3): "); /如果输入信息不正确，继续输入 do ch=(char)_getch( ); while(ch != '1' &&ch != '2' && ch != '3'); system("cls"); /选择3，返回 if(ch='3') return 0; /选择1，读者优先 else if(ch='1') ReaderPriority("thread.dat"); /选择2，写者优先 else WriterPriority("thread.dat"); /结束 printf("nPress Any Key To Continue: "); _getch( ); system("cls");return 0;