实验五 读者写者问题.docx
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实验五读者写者问题
实验题目：
实验五读者-写者问题
完成人：
报告日期：
1、实验内容简要描述
1）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。
2）读者-写者问题的读写操作限制（包括读者优先和写者优先）：
j写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。
k读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。
l读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。
3）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。
4）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。
5）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。
二、程序设计
1、设计思路
将所有读者和所有写者分别存于一个读者等待队列和一个写者等待队列中，每当读允许时，就从读者队列中释放一个或多个读者线程进行读操作;每当写允许时，就从写者队列中释放一个写者进行写操作。
2、主要数据结构
1）读者优先
读者优先指的是除非有写者在写文件，否则读者不需要等待。
所以可以用一个整型变量read_count记录当前的读者数目，用于确定是否需要释放正在等待的写者线程（当read_count=0时，表明所有的读者读完，需要释放写者等待队列中的一个写者）。
每一个读者开始读文件时，必须修改read_count变量。
因此需要一个互斥对象mutex来实现对全局变量read_count修改时的互斥。
另外，为了实现写-写互斥，需要增加一个临界区对象write。
当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。
通过这种方法，也可以实现读-写互斥，当read_count=l时（即第一个读者到来时），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时，写者阻塞在临界区对象write上。
当写者拥有临界区的所有权时，第一个读者判断完"read_count==1"后阻塞在write上，其余的读者由于等待对read_count的判断，阻塞在mutex上。
2）写者优先
写者优先与读者优先类似;不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。
为此应当添加一个整型变量write_count，用于记录正在等待的写者的数目，当write_count=0时，才可以释放等待的读者线程队列。
为了对全局变量write_count实现互斥，必须增加一个互斥对象mutex3。
为了实现写者优先，应当添加一个临界区对象read，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read上。
·
读者线程除了要对全局变量read_count实现操作上的互斥外，还必须有一个互斥对象对阻塞，read这一过程实现互斥。
这两个互斥对象分别命名为mutex1和mutex2。
三、实验结果
1、基本数据
源程序代码行数
完成该实验投入的时间（小时数）
与其他同学讨论次数
355
5
3
2、测试数据设计
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：
2W45
3R52
4R65
5W5.13
3、测试结果分析
四、实验体会
1、实验过程中遇到的问题及解决过程
2、实验体会和收获
五、源代码
#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（"************************************************\
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