操作系统课程设计报告--读者与写者问题

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1、目录一课程问题描述1二课程设计目的与要求11.课程设计目的12.课程设计要求1三设计思想1四系统结构21.数据模块22.程序总体框图33.算法流程图34.读者写者结构45.读者写者线程状态46.主要代码分析5五实验环境5六实验运行结果5七课程设计总结7八参考文献8九附录（源代码）813读者与写者问题姓名：彭芳芳班级：08级计本（1）班学号：200881010117一课程问题描述以生产者消费者模型为基础，在Windows环境下创建一个控制台进程，在该进程中创建读者写者线程模拟生产者和消费者。写者线程写入数据，然后将数据放置在一个空缓冲区中供读者线程读取。读

2、者线程从缓冲区中获得数据，然后释放缓冲区。当写者线程写入数据时，如果没有空缓冲区可用，那么写者线程必须等待读者线程释放出一个空缓冲区。当读者线程读取数据时，如果没有满的缓冲区，那么读入线程将被阻塞，直到新的数据被写进去。二课程设计目的与要求1.课程设计目的(1)加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。(2)进一步认识并发执行的实质。(3)分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。(4)了解Windows对进程管理的支持。2.课程设计要求通过Windows进程和线程创建方法实现一个简单的读者，写者程序，读者将1--10十个数字依次填入临界资源区gD

3、ata，当且仅当gData被读者消费后，写者才可以写入下一个数。读者-写者问题的读写操作限制:(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；三设计思想该课程设计主要是通过信号量机制来实现的。通过一个有界缓冲区（用数组来实现，类似循环队列）把读者和写者联系起来，假定读者和写者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，写者就可以写入数据并将数据送入缓冲区。类似的，只要缓冲区未空，读者就可以从缓冲区中去读取数据。应该禁止写者向满的缓冲区送入数据，同时也应该禁

4、止读者从空的缓冲区中读取数据，这一机制有读者线程和写者线程之间的互斥关系来实现，与计算机打印两进程同步关系相同，读者和写者两类进程之间应满足下列两个同步条件：1、只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，读者才能从中读取数据，否则读者必须等待；2、13只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，写者才能把消息放入缓冲区，否则写者必须等待。为了满足第一个同步条件，设置一个同步信号量Full，它代表的资源是缓冲区满。这个资源是写者类进程所拥有，同样为了满足第二个同步条件，设置另一个同步信号量Empty，它代表的资源是空缓冲区数量，设置整型变量：存入指针in和取出指

5、针out。为解决读者写者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示缓冲区的数目，用g_hReaderSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小size_of_buffer，另一个表示缓冲区中数据的数目，用g_hWriterSemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex。在写者读者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是写入数据和读取数据的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目（有界缓冲区的长度）。其次，它是确保数据的写入和读入之间动作同步的同步器。写者要写入一

6、个数据时，首先对资源信号量g_hReaderSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行写入操作，申请资源。如果可以通过的话就写入一个数据，并把数据送入缓冲区。然后对g_hWriterSemaphore信号量进行读取操作，释放资源。读者读取数据过程与写入过程类似。当有读进程在读时，写进程被迫等待，其他读进程允许并发执行。使用readnum对读者计数，其初始值为0,mutex是对变量readnum进行互斥操作的信号量（这是因为readnum是共享变量，属于临界资源，必须互斥操作）故设mutex的初始值为1；writer是写信号量，其初始值为1.具体算

7、法如下：读者进程P1：写者进程P2：beginbeginP(mutex);P(write);readnum=readnum+1;writefile;ifreadnum=1thenP(write);V(write);V(mutex);endreadfileP(mutex);readnum=readnum-1;ifreadnum=0thenV(write);V(mutex);end四系统结构1.数据模块(1)读者模块：包括系统调用接口，读者活动描述主程序。系统接口的主要功能是通过管道向父进程发送系统调用命令，并读取父进程送来的返回值。(2)写者模块：包括系统

8、调用接口，写着活动藐视主程序。读者与写者活动程序根据临界资源的共享，互斥原则编制