1、設(shè)計(jì)概述所謂的讀-寫問題指的是確保寫進(jìn)程必須訪問與其他進(jìn)程互斥的共享對象的同步問題。讀者-作者問題可以這樣描述：有一群作家和一群讀者，作家在寫同一本書，而讀者正在讀它。多個(gè)讀者可以同時(shí)閱讀這本書。然而，只有一個(gè)作家在寫一本書，讀者必須優(yōu)先考慮作家。也就是說，當(dāng)讀者和作者同時(shí)提出請求時(shí)，讀者是首選。當(dāng)讀者提出請求時(shí)，需要有一個(gè)互斥的操作。此外，需要有一個(gè)信號量來查看它當(dāng)前是否可操作。信號量機(jī)制是支持多通道程序的并發(fā)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決進(jìn)程間同步和互斥的重要機(jī)制，讀寫器問題就是這種機(jī)制的典型例子。不同于記錄信號量來解決讀寫器問題，信號量機(jī)制增加了一個(gè)限制，即它最多允許RN閱讀器同時(shí)讀取。因此，引入一

2、個(gè)信號量l，并給它一個(gè)初始值RN。通過執(zhí)行等待(1，1，1)操作來控制讀取器的數(shù)量。每當(dāng)讀取器進(jìn)入時(shí)，執(zhí)行等待(L，1，1)操作以將L的值減少1。當(dāng)有RN閱讀器進(jìn)入讀數(shù)時(shí)，L將減少到0。當(dāng)RN 1讀取器想要進(jìn)入讀取時(shí)，它將由于等待(1，1，1)操作的失敗而被阻塞。使用信號量解決讀寫器問題描述如下：Var RN整數(shù)；l，mx:semaphore:=RN，1；開始Parbegin讀者：開始重復(fù)swa it(1，1，1)；Swait(mx，1，0)；執(zhí)行讀取器操作；信號(1，1)；直到錯(cuò)誤；目標(biāo)作家：開始重復(fù)Swait(mx，1，1，l，RN，0)；執(zhí)行寫入操作；Ssignal(mx，1)；直到錯(cuò)誤

3、；目標(biāo)Parend目標(biāo)其中，Swait(mx，1，0)語句充當(dāng)開關(guān)。只要沒有Writer進(jìn)程進(jìn)入，mx=1，讀取器進(jìn)程就可以進(jìn)入讀取。但是，一旦寫入器進(jìn)程進(jìn)入寫入狀態(tài)，并且其MX=0，則沒有讀取器進(jìn)程可以進(jìn)入讀取狀態(tài)。Swait(mx，1，1，L，RN，0)語句表示只有當(dāng)寫進(jìn)程不寫(mx=1)或讀進(jìn)程不讀(L=RN)時(shí)，寫進(jìn)程才能進(jìn)入臨界區(qū)進(jìn)行寫操作。該設(shè)計(jì)方案模擬和演示了利用記錄信號量解決讀寫器問題的過程，并形象地說明了記錄信號量機(jī)制的工作原理。二、設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康拈L度使用信號量實(shí)現(xiàn)讀寫器問題。2.理解和應(yīng)用基本知識，如信號量、PV原語、進(jìn)程間的同步和互斥。第二，第二個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容讀寫

4、器問題的定義如下：有一個(gè)由多個(gè)進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，可以是一個(gè)文件，也可以是一個(gè)主存空間；有些進(jìn)程(讀取器)只讀取該數(shù)據(jù)區(qū)，有些進(jìn)程(寫入器)只向數(shù)據(jù)區(qū)寫入數(shù)據(jù)。此外，需要滿足以下條件：(1)任何數(shù)量的讀取進(jìn)程都可以同時(shí)讀取該文件；(2)一次只能有一個(gè)寫進(jìn)程寫入文件；(3)如果正在運(yùn)行寫入過程，則禁止讀取任何高級文件。我們需要在兩種情況下認(rèn)識到這個(gè)問題：閱讀優(yōu)先級：要求是指當(dāng)一個(gè)讀者試圖閱讀時(shí)，如果此時(shí)其他讀者正在進(jìn)行閱讀操作，他可以直接開始閱讀操作而無需等待。寫作優(yōu)先級：當(dāng)一個(gè)讀者試圖閱讀時(shí)，如果其他作者正在等待或?qū)懽?，他?huì)在開始閱讀前等待作者寫完。三個(gè)設(shè)計(jì)分析在Windows 7環(huán)境下，創(chuàng)建一

5、個(gè)有n個(gè)線程的控制臺(tái)進(jìn)程。使用這n個(gè)線程來代表n個(gè)讀者或作者。每個(gè)線程根據(jù)相應(yīng)測試數(shù)據(jù)文件的要求進(jìn)行讀寫。請使用信號量機(jī)制分別實(shí)現(xiàn)讀者優(yōu)先和作者優(yōu)先的讀寫器問題。讀寫器問題的讀寫操作限制；讀者-作者的閱讀和寫作限制(包括讀者第一和作者第一)1)寫-寫互斥，即沒有兩個(gè)作者可以同時(shí)寫2)讀寫互斥，即一個(gè)讀者不能同時(shí)閱讀，但一個(gè)作者同時(shí)寫作3)閱讀許可，即兩個(gè)以上的讀者可以同時(shí)閱讀將所有的讀取器和所有的寫入器分別放入兩個(gè)等待隊(duì)列，當(dāng)允許讀取時(shí)讓讀取器隊(duì)列釋放一個(gè)或多個(gè)讀取器，當(dāng)允許寫入時(shí)釋放第一個(gè)寫入器操作。讀寫器問題的定義如下：有一個(gè)由多個(gè)進(jìn)程共享的數(shù)據(jù)區(qū)，可以是一個(gè)文件，也可以是一個(gè)主存空間；有

6、些讀取器只讀取該數(shù)據(jù)區(qū)，有些寫入器只向該數(shù)據(jù)區(qū)寫入數(shù)據(jù)。此外，還需要滿足以下條件：1)任意數(shù)量的讀者可以同時(shí)讀取該文件；2)一次只能有一個(gè)寫進(jìn)程寫入文件；3)如果正在運(yùn)行寫入過程，則禁止讀入任何文件。我們需要在兩種情況下認(rèn)識到這個(gè)問題：閱讀優(yōu)先級：要求是指當(dāng)一個(gè)讀者試圖閱讀時(shí)，如果此時(shí)其他讀者正在進(jìn)行閱讀操作，他可以直接開始閱讀操作而無需等待。寫作優(yōu)先級：當(dāng)一個(gè)讀者試圖閱讀時(shí)，如果其他作者正在等待或?qū)懽鳎麜?huì)在開始閱讀前等待作者寫完。四程序?qū)崿F(xiàn)該計(jì)劃由兩部分組成：1 .讀寫器模塊：包括系統(tǒng)調(diào)用接口、讀寫器活動(dòng)描述主程序。系統(tǒng)接口的主要功能是通過管道向父進(jìn)程發(fā)送系統(tǒng)調(diào)用命令，并讀取父進(jìn)程發(fā)送的返

7、回值。讀者-作者活動(dòng)計(jì)劃是根據(jù)關(guān)鍵資源共享和互斥的原則編制的。有關(guān)詳細(xì)信息，請參見源程序。2 .主控模塊：主控模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)調(diào)用命令的接收、解釋和執(zhí)行，系統(tǒng)調(diào)用功能(包括信號量機(jī)制)的實(shí)現(xiàn)，讀寫器活動(dòng)過程的記錄和顯示。初始化系統(tǒng)環(huán)境建立溝通渠道啟動(dòng)讀寫器流程接收系統(tǒng)調(diào)用命令解釋執(zhí)行系統(tǒng)初始化模塊管道建立模塊過程啟動(dòng)模塊命令解釋模塊等待()信號()喚醒()塊()5.程序調(diào)試測試數(shù)據(jù)文件格式：測試數(shù)據(jù)文件包括N行測試數(shù)據(jù)，分別描述所創(chuàng)建的N個(gè)線程是讀線程還是寫線程，以及讀寫操作的開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。每行測試數(shù)據(jù)包括四個(gè)字段，用空格隔開。第一個(gè)字段是正整數(shù)，表示線程序列號。第二個(gè)字段表示相應(yīng)

8、的線程角色，r表示讀取器，w表示寫入器。第三個(gè)字段是正數(shù)，表示讀寫操作的開始時(shí)間。創(chuàng)建線程后，它將延遲相應(yīng)的時(shí)間(以秒為單位)，并發(fā)出一個(gè)讀寫共享資源的應(yīng)用程序。第四個(gè)字段是正數(shù)，表示讀寫操作的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)線程的讀寫應(yīng)用成功時(shí)，啟動(dòng)共享資源的讀寫操作，持續(xù)相應(yīng)的時(shí)間并結(jié)束，釋放共享資源。六個(gè)結(jié)果分析與討論當(dāng)讀者和作者同時(shí)排隊(duì)申請資金時(shí)，讀者優(yōu)先調(diào)用資源。此外，如果當(dāng)一個(gè)讀取器申請讀取操作時(shí)，另一個(gè)讀取器已經(jīng)在進(jìn)行讀取操作，則該讀取器可以直接開始讀取操作，即讀取許可。過程1是一個(gè)R操作，在時(shí)間3進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行時(shí)間是5。當(dāng)它進(jìn)入時(shí)，沒有進(jìn)程占用資源，這不僅占用資源；知道它釋放資源，等待過程是3，4

9、，5；流程2是一個(gè)W操作，在16: 00進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行5分鐘。進(jìn)程4進(jìn)入時(shí)占用資源，等待資源，釋放時(shí)占用資源。進(jìn)程3是一個(gè)R操作，它在時(shí)間5進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行時(shí)間是2。當(dāng)它進(jìn)入時(shí)，進(jìn)程1占用資源，并等待資源。在進(jìn)程1釋放資源之后，進(jìn)程3和5同時(shí)分派資源，因?yàn)樽x者是第一個(gè)。進(jìn)程4是一個(gè)R操作，它在時(shí)間6進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行時(shí)間是5。當(dāng)它進(jìn)入時(shí)，進(jìn)程1占用資源，并等待資源。在進(jìn)程1釋放資源之后，因?yàn)樽x取器是第一個(gè)，所以進(jìn)程3和5占用資源，并且它仍然等待直到進(jìn)程3和5完成。進(jìn)程5是一個(gè)W操作，它在時(shí)間4進(jìn)入隊(duì)列，運(yùn)行時(shí)間是3。當(dāng)它進(jìn)入時(shí)，進(jìn)程1占用資源，并等待資源。在進(jìn)程1釋放資源之后，進(jìn)程3和5同時(shí)分派資源

10、，因?yàn)樽x者是第一個(gè)。七次經(jīng)歷這一次課程設(shè)計(jì)，讓我體會(huì)很深刻。讀者-寫者問題經(jīng)典的線程同步問題的一個(gè)模型。經(jīng)過讀者寫者問題的編寫，我對同步機(jī)構(gòu)應(yīng)用有了深入的了解。懂得了運(yùn)用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥。實(shí)現(xiàn)了不讓共享資源同時(shí)修改。用信號量上的原語操作使臨界段問題的解決比較簡單明了了。讀者寫者問題的編寫，花的時(shí)間很多，也學(xué)到很多東西。了解支持多道程序的并發(fā)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決資源共享時(shí)進(jìn)程間的同步與互斥的信號量機(jī)制。幾天的試驗(yàn)，雖然難度有點(diǎn)大，但只要自己花時(shí)間去學(xué)習(xí)，還是會(huì)攻克困難的?？傊恳淮握n程設(shè)計(jì)不僅是我們學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)，而且是我們鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力的平臺(tái)，雖然有難度的東西總會(huì)讓人很抵觸，比如在課設(shè)過

11、程中有很多郁悶的時(shí)候，一個(gè)小小的錯(cuò)誤一不小心就花去了自己一上午的時(shí)間，所以在這個(gè)過程中能夠磨練人的意志與耐心，最后感謝老師的指導(dǎo)與監(jiān)督。八源代碼#包括#包括#包括#包括#包括#包括#定義最大值_人100#定義READER 0 /讀者#定義WRITER 1 /寫者#定義結(jié)束-1#定義R READER#定義W WRITERtypedef結(jié)構(gòu)_人員HANDLE m _ hThread/定義處理線程的句柄int m _ NYPE/進(jìn)程類型（讀寫（int m _ nStartTime/開始時(shí)間int m _ nWorkTime/運(yùn)行時(shí)間int m _ nID/進(jìn)程號人；人_人最大_人；int g _ N

12、umPerson=0；長g _ CurrentTime=0；/基本時(shí)間片數(shù)int g _ personlist=/進(jìn)程隊(duì)列1，R，3，5，2，W，4，5，3，R，5，2，4，R，6，5，5，W，5.1，3，端，；int g _ NumoFrreading=0；int g _ NuMoWriteRequest=0；/申請寫進(jìn)程的個(gè)數(shù)HANDLE g _ HReadsemaFore/讀者信號HANDLE g _ hWriteSemaphore/寫者信號bool finished=false/所有的讀完成/bool wf finished=false；/所有的寫完成void CreatePerson

13、List(int * PPersonList)；bool CreateReader(內(nèi)部開始時(shí)間、內(nèi)部工作時(shí)間、內(nèi)部標(biāo)識)；bool CreateWriter(內(nèi)部開始時(shí)間、內(nèi)部工作時(shí)間、內(nèi)部標(biāo)識)；DWORD WINAPI ReaderPrOc(LPVOID LPparam)；DWORD WINAPI編寫程序(LPVOID LPparam)；int main()g _ hReadSemaphore=Createsemaphore(空，1100，空)；/創(chuàng)建信號燈，當(dāng)前可用的資源數(shù)為1、最大為100g _ hWriteSemaphore=createsemahore(空，1100，空)；/創(chuàng)建

14、信號燈，當(dāng)前可用的資源數(shù)為1、最大為100創(chuàng)建人員列表(g _人員列表)；/創(chuàng)造所有的讀者和作者printf()創(chuàng)建了所有讀取器和寫入器n. n)；g _ CurrentTime=0；while(true)g _ CurrentTime睡眠(300)；/300毫秒printf(CurrentTime=%dn ，g _ CurrentTime)；如果（完成(返回0； /返回0；void CreatePersonList(int * ppersonlist)int I=0；int * pList=pPersonListsbool Ret(pList0！=END)開關(guān)(pList1)外殼R:Ret=

15、CreateReader(pList2，pList3，Plist0)；/351，w452，523，654打破；案例W:Ret=CreateWriter(pList2，pList3，Plist0)；打破；如果(！Ret)printf()創(chuàng)建人%d錯(cuò)誤n ，Plist0)；pList=4；/移動(dòng)到下一個(gè)人列表DWORD WINAPI ReaderPrOc(LPVOID LPparam)/讀過程人*佩森=(人*)參數(shù)；/等待開始時(shí)間而(g_CurrentTime！=pPerson-m_nStartTime) 打印(”閱讀器%d正在請求.n 、PPerson-m _ NId)；printf(“ n * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * n”)；/等待寫請求WaitForSingl