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实验二 读者写者问题实验报告
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 5
2 W 4 5
3 R 5 2
4 R 6 5
5 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
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