操作系統(tǒng)讀者寫著問題

課程設計報告課程名稱 課題名稱 專 業(yè) 通信工程 班 級 1001班 學號 201003040111 姓 名 劉新超 指導教師 田娟秀、顏國風、李杰君2013年7月5日湖南工程學院課程設計任務書課程名稱 操作系統(tǒng)教程課題模擬讀者寫者問題專業(yè)班級 通信1001班 學生姓名 劉新超 學號 201003040111 指導老師 田娟秀、顏國風、李杰君審批 任務書下達日期2013年6月24日任務完成日期2013年7月5日一、設計內容與設計要求1設計內容：課題5：模擬實現(xiàn)讀者寫者問題讀者寫者問題是一個經典的并發(fā)程序設計問題，是經常出現(xiàn)的一種同步問題。所謂讀者寫者問題，是指保證一個writer進程必須與其他進程互斥地訪問共享對象的同步問題。讀者寫者問題可以這樣的描述，有一群寫者和一群讀者，寫者在寫同一本書，讀者也在讀這本書，多個讀者可以同時讀這本書，但是，只能有一個寫者在寫書，并且，讀者比寫者優(yōu)先，也就是說，讀者和寫者同時提出請求時，讀者優(yōu)先。當讀者提出請求時需要有一個互斥操作，另外，需要有一個信號量S來當前是否可操作。2選題方案：所選題目根據(jù)學號確定，學號模7加1，即（學號％7+1）。如你的學號為9,則所選題目號為：9%7+1=（題目3）。3設計要求：3.1課程設計報告規(guī)范（1） 需求分析程序的功能。^輸入輸出的要求。（2） 概要設計程序由哪些模塊組成以及模塊之間的層次結構、各模塊的調用關系；每個模塊的功能。課題涉及的數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)庫結構；即要存儲什么數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是什么樣的結構，它們之間有什么關系等。（3） 詳細設計采用C語言定義相關的數(shù)據(jù)類型。寫出各模塊的類C碼算法。畫出各函數(shù)的調用關系圖、主要函數(shù)的流程圖。（4） 調試分析以及設計體會a.測試數(shù)據(jù)：準備典型的測試數(shù)據(jù)和測試方案，包括正確的輸入及輸出結果和

含有錯誤的輸入及輸出結果。程序調試中遇到的問題以及解決問題的方法。課程設計過程經驗教訓、心得體會。（5） 使用說明用戶使用手冊：說明如何使用你編寫的程序，詳細列出每一步的操作步驟。（6） 書寫格式設計報告要求用A4紙打印成冊：一級標題用3號黑體,二級標題用四號宋體加粗,正文用小四號宋體;行距為22。（7） 附錄源程序清單（帶注釋）3.2考核方式指導老師負責驗收程序的運行結果，并結合學生的工作態(tài)度、實際動手能力、創(chuàng)新精神和設計報告等進行綜合考評，并按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級給出每位同學的課程設計成績。具體考核標準包含以下幾個部分：（1） 平時出勤（占10%）（2） 系統(tǒng)需求分析、功能設計、數(shù)據(jù)結構設計及程序總體結構合理與否（占10%）（3） 程序能否完整、準確地運行，個人能否獨立、熟練地調試程序（占40%）（4） 設計報告（占30%）注意：不得抄襲他人的報告（或給他人抄襲），一旦發(fā)現(xiàn)，成績?yōu)榱惴帧＃?） 獨立完成情況（占10%）。3.3課程驗收要求（1） 運行所設計的系統(tǒng)。（2） 回答有關問題。（3） 提交課程設計報告。（4） 提交軟盤（源程序、設計報告文檔）。（5） 依內容的創(chuàng)新程度，完善程序情況及對程序講解情況打分。二、進度安排第19周：星期一星期二星期三第19周：星期一星期二星期三8：00——12：008：00——12：0014：30——18：30上機上機上機TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1課題的主要功能 III\o"CurrentDocument"2課題的功能模塊的劃分 IV\o"CurrentDocument"2.1線程的創(chuàng)建 IV\o"CurrentDocument"2.2實現(xiàn)信號量互斥和同步 IV\o"CurrentDocument"2.3信號量控制 IV\o"CurrentDocument"2.4讀寫過程 V\o"CurrentDocument"2.5結構體創(chuàng)建 V\o"CurrentDocument"2.6各個模塊圖 V\o"CurrentDocument"3主要功能實現(xiàn) VI4程序調試 VII\o"CurrentDocument"總結 VIII\o"CurrentDocument"附件 IX\o"CurrentDocument"7評分表 XIII1課題的主要功能課題描述：模擬實現(xiàn)讀者寫者問題模擬操作：讀者寫者問題是一個經典的并發(fā)程序設計問題，是經常出現(xiàn)的一種同步問題。所謂讀者寫者問題，是指保證一個writer進程必須與其他進程互斥地訪問共享對象的同步問題。讀者寫者問題可以這樣的描述，有一群寫者和一群讀者，寫者在寫同一本書，讀者也在讀這本書，多個讀者可以同時讀這本書，但是，只能有一個寫者在寫書，并且，讀者比寫者優(yōu)先，也就是說，讀者和寫者同時提出請求時，讀者優(yōu)先。當讀者提出請求時需要有一個互斥操作，另外，需要有一個信號量S來當前是否可操作。

2課題的功能模塊的劃分2.1線程的創(chuàng)建線程的創(chuàng)建主要用到windowsAPICreateThread完成線程創(chuàng)建，在調用進程的地址空間創(chuàng)建一個個線程，以執(zhí)行指定的函數(shù)；它的返回值為所創(chuàng)建線程的句柄。CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESIpThreadAttributes,//線程安全屬性指針，默認為NULLDWORDdwStackSize,//堆棧大小LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,//線程函數(shù)LPVOIDlpParameter,//線程參數(shù)，默認為NULLDWORDdwCreationFlags, //線程創(chuàng)建屬性，默認為0LPDWORDlpThreadId //線程ID);2.2實現(xiàn)信號量互斥和同步CreateSemaphore用于創(chuàng)建信號量，根據(jù)參數(shù)的不同可以利用它實現(xiàn)互斥和同步。ReleaseSemaphore用于釋放信號量，使用后相應的信號量加1CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESIpSemaphoreAttributes,LONG,lInitialCount,LONG,lMaximumCount,LONG,lInitialCount,LONG,lMaximumCount,LPCTSTRlpName);ReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphore,LONGlRelseaseCount,LPLONGlpPreviousCount)；//initialcount//maximumcount//objectname//handletosemaphore//contincrementamount//previouscount2.3信號量控制WaitForSingleObject可在指定的時間內等待指定對象為可用狀態(tài)；DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle, //handletoobjectDWORDdwMilliseconds//time-outinterval);hHandle為等待的對象，也就是實現(xiàn)同步或者互斥的對象。該函數(shù)一執(zhí)行，相應的信號量就減去1,如果信號量小于等于0，那么他一直在循環(huán)。等于執(zhí)行P操作。ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);//此時沒有讀者，可以寫

實現(xiàn)同步或者互斥的對象。該函數(shù)一執(zhí)行，相應的信號量就加上1,如果信號量小于等于0,那么他一直在循環(huán)。等于執(zhí)行V操作。2.4讀寫過程DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDIpParam)函數(shù)是表示寫的過程，當有信號出發(fā)就可以進行寫過程，當已經有一個寫者正在寫時，它和其他的寫者，讀者是互斥的。DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam)函數(shù)是表示讀的過程，當有信號出發(fā)就可以進行讀過程，當已經有一個讀者正在讀時，它和其他的寫者是互斥的，和其他的讀者是共用的。2.5 結構體創(chuàng)建typedefstruct_Person{HANDLEm_hThread;//定義處理線程的句柄intm_nType;//進程類型(讀寫)intm_nStartTime;//開始時間intm_nWorkTime;//運行時間intm_nID;//進程號}Person;創(chuàng)建一個結構體主要定義一個線程所要的各個參數(shù)屬性，方便讀取。intg_PersonLists[]={W,s項),s項),2,W,s_j(),s_j(),3,R,s_j(),s_j(),W,s_j(),,5,R,s_j(),s_j(),6,R,s_j(),s_j(),END,};〃隊列在這里定義一個隊列，可以初始化線程，創(chuàng)建線程是它的線程參數(shù)屬性都是從隊列里進行讀取，這個一共有六個線程，三個讀，三個寫。另外，定義的到達時間，執(zhí)行時間是用隨機函數(shù)產生s_j()。2.6各個模塊圖創(chuàng)建信號量CreateSemaphorMain函數(shù)調CreateReader創(chuàng)建讀者與寫者CreatePersonList調用CreateWriter創(chuàng)建寫著DWORD創(chuàng)建讀調用DWINAPIDWORD創(chuàng)建讀調用DWINAPIReaderProc寫過程WORD調WINAPIReaderProc讀過程圖1各個模塊圖功能及調用關系3主要功能實現(xiàn)圖3程序調試結果說明：根據(jù)程序執(zhí)行的結果我們可以推導出創(chuàng)建的六個線程他們的執(zhí)行順序，執(zhí)行時間。讀者6先到申請資源此時6開始讀取，當讀到第2秒時，寫者1開始申請資源，讀者的優(yōu)先級比較高，寫者1等待。當讀到第4秒時，讀者3開始申請資源，讀者與讀者是共用關系，所以讀者3開始讀取，寫者4也開始申請資源，讀者的優(yōu)先級比較高，寫者4等待。當讀到第5秒時，讀者6執(zhí)行時間到就退出，讀者3繼續(xù)讀取，寫者2也開始申請資源，讀者的優(yōu)先級比較高，寫者2等待。當讀到第8秒時，讀者5申請資源，讀者與讀者是共用關系，所以讀者5開始讀取，讀者3執(zhí)行時間到就退出。當讀到第10秒時，讀者5執(zhí)行時間到就退出。此時寫者1開始寫入。當讀到第14秒時，寫者1執(zhí)行時間到就退出。此時寫者4開始寫入。當讀到第20秒時，寫者4執(zhí)行時間到就退出。此時寫者2開始寫入。此時執(zhí)行結束。得到的隊列表：intg_PersonLists[]={W,2,3,W,6,3,R,4,4,W,4,5,R,8,2,R,1,4,END,}5總結操作系統(tǒng)課設，三天的時間，終于給完成了。在這三天的時間里，我完成了用操作系統(tǒng)知識做一個模擬讀者寫著問題的課設。從開始的無頭無續(xù)，到中間時期的疑惑不解，再到最后的極大歡喜，感覺這個課設經歷了整個人生的大起大落。無可厚非，這正是我們要走的路。這段時間挺難熬的，在自己的努力，以及老師還有同學的幫助下，我終于完成了這次艱難的課程設計。在這次設計中，我遇到了很多的問題，首先，線程的創(chuàng)建：CreateThread()函數(shù)的不理解包括：所要求的參數(shù)，傳值參數(shù)的不明白，返回值不會用，線程創(chuàng)建屬性不理解。其次。CreateSemaphore用于創(chuàng)建信號量，根據(jù)參數(shù)的不同可以利用它實現(xiàn)互斥和同步。WaitForSingleObject可在指定的時間內等待指定對象為可用狀態(tài)，等于執(zhí)行P操作。ReleaseSemaphore用于釋放信號量，等于執(zhí)行V操作。這些函數(shù)開始不懂。再次，創(chuàng)建的線程取值方式不正確。最后，就是得到的結果有些不是很正確，調試一下就行了這些問題一一解決后，整個課設的就完成了。通過這次課設我知道了有時候我們對一件事物一點都不理解，這沒關系，我們要能耐得住寂寞，沉得下心，對我們未知的進行不斷地摸索才能掌握新的知識；最后我發(fā)現(xiàn)我們要學習的東西還很多，要堅持努力，不斷完善自己。最后，我要感謝我們的課設老師田娟秀老師和顏國風老師，在這三天對我們的指導，不顧炎炎烈日，對我們的認真負責，以及諄諄教誨。老師你們辛苦。6附件#include<windows.h>#include<ctype.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<malloc.h>#include<time.h>#defineMAX_PERSON100#defineREADER0 〃讀者#defineWRITER1 〃寫者#defineEND-1#defineRREADER#defineWWRITERints(){inti;srand(unsigned(time(NULL)));i=1+rand()%12;return(i);}typedefstruct_Person{HANDLEm_hThread; 〃定義處理線程的句柄intm_nID;〃進程號intm_nType;〃進程類型(讀寫)intm_nStartTime;〃開始時間intm_nWorkTime;〃運行時間}Person;Persong_Persons[MAX_PERSON];intg_NumPerson=0;longg_CurrentTime=0;//基本時間片數(shù)intg_PersonLists[]={W,s(),s(),W,s(),s(),R,s(),s(),W,s(),s(),R,s(),s(),R,s(),s(),END,};intg_NumOfReading=0;intg_NumOfWriteRequest=0;//申請寫進程的個數(shù)HANDLEg_hReadSemaphore;//讀者信號HANDLEg_hWriteSemaphore;//寫者信號boolfinished=false;//所有的讀完成boolwfinished=false;〃所有的寫完成voidCreatePersonList(int*pPersonList);boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID);boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID);DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam);DWORDWINAPIWriterProc(LPVOIDlpParam);intmain(){g_hReadSemaphore=CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL);g_hWriteSemaphore=CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL);printf(" 初始化 \n");Sleep(1000);printf("開始.......\n");CreatePersonList(g_PersonLists);〃創(chuàng)建讀者與寫者g_CurrentTime=0;while(true){g_CurrentTime++;Sleep(500);printf("時間/s=%d\n",g_CurrentTime);if(finished)return0;}return0;}voidCreatePersonList(int*pPersonLists){inti=0;int*pList=pPersonLists;boolRet;while(pList[0]!=END){switch(pList[1]){caseR:Ret=CreateReader(pList[2],pList[3],pList[0]);break;caseW:Ret=CreateWriter(pList[2],pList[3],pList[0]);break;}if(!Ret)printf("創(chuàng)建%d失敗\n”,pList[0]);pList+=4;//movetonextpersonlist}}boolCreateReader(intStartTime,intWorkTime,intID){if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];pPerson->m_nID=ID;pPerson->m_nStartTime=StartTime;pPerson->m_nWorkTime=WorkTime;pPerson->m_nType=READER;g_NumPerson++;pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,NULL);//創(chuàng)建新線程if(pPerson->m_hThread==NULL)returnfalse;returntrue;}boolCreateWriter(intStartTime,intWorkTime,intID){if(g_NumPerson>=MAX_PERSON)returnfalse;Person*pPerson=&g_Persons[g_NumPerson];pPerson->m_nID=ID;pPerson->m_nStartTime=StartTime;pPerson->m_nWorkTime=WorkTime;pPerson->m_nType=WRITER;g_NumPerson++;pPerson->m_hThread=CreateThread(NULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,NULL);〃創(chuàng)建新線程if(pPerson->m_hThread==NULL)returnfalse;returntrue;}DWORDWINAPIReaderProc(LPVOIDlpParam)//讀過程{Person*pPerson=(Person*)lpParam;while(g_CurrentTime!=pPerson->m_nStartTime)//等待開始{}printf("%d讀者申請資源...\n”,pPerson->m_nID);WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE); //等待對象被觸發(fā)信號if(g_NumOfReading==0){WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE);}g_NumOfReading++;ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL);pPerson->m_nStartTime=g_CurrentTime;printf("%d 正在讀取.....\n”,pPerson->m_nID);while(g_CurrentTime<=pPerson->m_nStartTime+pPerson->m_nWorkTime){}printf("%d讀者退出\n",pPerson->m_n