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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