实验一 读写者问题

实验一读者-写者问题模拟实现

一、实验题目

模拟实现读者-写者问题

二、实验目的

通过模拟实现经典的读者——写者问题，巩固对同步机制的学习，学会运用信号量、PV原语处理进程间的同步和互斥。

三、实验要求

设计实现读者-写者问题模拟程序。在Windows xp环境下，创建一个控制台程序，此程序包含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或写者优先的读者-写者问题。

[提示]：

1、读者-写者问题的读写操作限制(包括读者优先和写者优先):

1)写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。

2)读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。，

3)读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。

?如果读者来：

–无读者、写者，新读者可以读

–有写者等待，但有其他读者正在读，新读者可以读

–有写者写，新读者等

?如果写者来：

–无读者，新写者可以写

–有读者，新写者等待

–有其他写者，新写者等待

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后才能开始读操作。

2、P、 V操作如下

?读者：

BEGIN

P(mutex);//上锁，互斥其他读者，为了保证只有一个读者改变read_count read_count:=read_count+1;

IF read_count=1 //第一个读者，则上写者的锁，保证读得时候不能让写者写

THEN P(writer)

V(mutex);

读文件；

P(mutex); //同上，互斥读者，为了保证只有一个读者改变read_count read_count:=read_count-1;

IF read_count=0 //最后一个读者，signal写者，可以写

THEN V(write);

V(mutex);

END;

?写者：

BEGIN

P(write);

写文件;

V(write);

END;

四、实验报告提纲

1、实验题目及要求。

2、程序中使用的数据结构及windows API函数说明。

如：CreateSemaphore( )

WaitForSingleObject( )

ReleaseSemaphore( )

CreateThread( )

Sleep（）

system("pause");等

3、程序调试（按照以下测试数据要求进行调试并截图表示）

（1）测试数据文件格式

测试数据文件包括n行测试数据，分别描述创建的n个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。每行测试数据包括四个字段，各个字段间用空格分隔。

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，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，延迟相应时间(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，W, 3, 5,

2, W, 16, 5,

3, R, 5, 2,

4, W, 6, 5,

5, R, 4, 3

6，R, 11,4

（2）运行结果显示要求

利用以上测试数据要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束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。

4、结果分析和讨论。

5、附一份源程序并附上注释。

实验要求（二者选一）：

1、参考“代码参考”（见下页）代码设计内容，对程序进行必要的修改并加注释。按要求完成实验报告

2、自己动手设计数据结构，并完成程序代码，代码正确无误，实验报告完整。

代码参考

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAX_PERSON 100

#define READER 0 //读者

#define WRITER 1 //写者

#define END -1

#define R READER

#define W WRITER

typedef struct _Person

{

HANDLE m_hThread;//定义处理线程的句柄

int m_nType;//进程类型（读写）

int m_nStartTime;//开始时间

int m_nWorkTime;//运行时间

int m_nID;//进程号

}Person;

Person g_Persons[MAX_PERSON];

int g_NumPerson = 0;

long g_CurrentTime= 0;//基本时间片数

int g_PersonLists[] = {//进程队列

1, W, 4, 5, 2, W, 16, 4, 3, R, 5, 2,

4, W, 6, 5, 5, R, 4, 3,

END,

};

int g_NumOfReading = 0;

int g_NumOfWriteRequest = 0;//申请写进程的个数HANDLE g_hReadSemaphore;//读者信号

HANDLE g_hWriteSemaphore;//写者信号

bool finished = false; //所有的读完成

void CreatePersonList(int *pPersonList);

bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID);

bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID);

DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam);

DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam);

int main()

{

g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //创建信号量

g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //创建信号量CreatePersonList(g_PersonLists); // Create All the reader and writers

printf("Created all the reader and writer\n...\n");

g_CurrentTime = 0;

while(true)

{

g_CurrentTime++;

Sleep(100); // 100 ms

printf("CurrentTime = %d\n",g_CurrentTime);

if(finished) return 0;

system ("pause");

} // return 0;

}

void CreatePersonList(int *pPersonLists)

{

int i=0;

int *pList = pPersonLists;

bool Ret;

while(pList[0] != END)

{

switch(pList[1])

{

case R:

Ret = CreateReader(pList[2],pList[3],pList[0]);//

break; case W:

Ret = CreateWriter(pList[2],pList[3],pList[0]);

break;

}

if(!Ret)

printf("Create Person %d is wrong\n",pList[0]);

pList += 4; // move to next person list

}

}

DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam)//读过程

{

Person *pPerson = (Person*)lpParam;

// wait for the start time

while(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime)

{ }

printf("Reader %d is Requesting ...\n",pPerson->m_nID);

printf("\n\n************************************************\n"); // wait for the write request

WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE);

if(g_NumOfReading ==0)

{

WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); }

g_NumOfReading++;

ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL);

pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;

printf("Reader %d is Reading the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID); printf("\n\n************************************************\n"); while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime) {}

printf("Reader %d is Exit...\n",pPerson->m_nID);

printf("\n\n************************************************\n"); WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE);

g_NumOfReading--;

if(g_NumOfReading == 0)

{ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);//此时没有读者，可以写

}

ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL);

if(pPerson->m_nID == 4) finished = true; //所有的读写完成

ExitThread(0);

return 0;

}

DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam)

{

Person *pPerson = (Person*)lpParam;

// wait for the start time

while(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime)

{}

printf("Writer %d is Requesting ...\n",pPerson->m_nID);

printf("\n\n************************************************\n"); WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE);

// modify the writer's real start time

pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;

printf("Writer %d is Writting the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID); while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime) {}

printf("Writer %d is Exit...\n",pPerson->m_nID);

printf("\n\n************************************************\n");

//g_NumOfWriteRequest--;

ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);

if(pPerson->m_nID == 4) finished = true;//所有的读写完成

ExitThread(0);

return 0;

}

bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID)

{

DWORD dwThreadID;

if(g_NumPerson >= MAX_PERSON)

return false;

Person *pPerson = &g_Persons[g_NumPerson];

pPerson->m_nID = ID;

pPerson->m_nStartTime = StartTime;

pPerson->m_nWorkTime = WorkTime;

pPerson->m_nType = READER;

g_NumPerson++;

// Create an New Thread

pPerson->m_hThread=

CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID); if(pPerson->m_hThread == NULL)

return false;

return true;

}

bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID)

{

DWORD dwThreadID;

if(g_NumPerson >= MAX_PERSON)

return false;

Person *pPerson = &g_Persons[g_NumPerson];

pPerson->m_nID = ID;

pPerson->m_nStartTime = StartTime;

pPerson->m_nWorkTime = WorkTime;

pPerson->m_nType = WRITER;

g_NumPerson++;

// Create an New Thread

pPerson->m_hThread=

CreateThread(NULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID); if(pPerson->m_hThread == NULL)

return false;

return true;

}