读者写者问题课程设计说明书
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数学与计算机学院
课程设计说明书
课程名称: 操作系统原理-课程设计课程代码：
题目：读者写者问题
年级／专业/班:
学生姓名:
学号:
开始时间：20１1 年12月05日完成时间:20１1 年12月25 日课程设计成绩：
学习态度及平时成绩(30) 技术水平与实际
能力(20）
创新（5）说明书撰写质量(45）
总分
(100）
指导教师签名：年月日
目录
1 引言?错误!未定义书签。
1．1问题的提出?错误!未定义书签。
1.2任务于分析?错误!未定义书签。
２程序的主要功能?错误!未定义书签。
2.1测试文本录入功能.................................... 错误!未定义书签。
2.2读者优先判断功能.................................... 错误!未定义书签。2．3写者优先判断功能.................................. 错误!未定义书签。
3 程序运行平台........................................... 错误!未定义书签。
4 总体设计............................................... 错误!未定义书签。5模块分析 ............................................... 错误!未定义书签。
5.1测试文本录入模块.................................... 错误!未定义书签。
5.2读者优先判断模块.................................... 错误!未定义书签。
5.3写者优先判断模块.................................... 错误!未定义书签。６系统测试............................................. 错误!未定义书签。
7 结论................................................................. ８致谢.................................................. 错误!未定义书签。参考文献 (10)
摘要
在现代操作系统中，几乎毫无例外的都是通过文件系统来组织和管理在计算机中所存储的大量程序和数据;或者说，文件系统的管理功能，使通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件来实现的。文件系统负责管理在外存上的文件,并把对文件的存取、共享和保护等功能调用提供给用户。不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可有效的提高系统资源的利用率操作系统是一门实践性很强的课程,不仅要学习书本上的理论,而且必须动手实践才能对操作系统基本原理真正理解。本课程设计中的题目能加深学生对教学内容的理解,培养学生初步掌握操作系统基本功能的设计方法及其实现过程。
计算机操作系统是计算机中的关键性技术,它的设计与实现体现了程序设计与软件工程的精髓。计算机操作系统原理课程那个是计算机科学与技术及相关专业的核心课程,历来为计算机及信息学科所重视。操作系统原理课程设计正是该课程时间环节的集中表现,它不仅可使学生巩固理论学习的概念、原理、设计及算法,同时也可培养软件开发所应有的系统结构设计和软件工程素养。
关键词：操作系统文件系统功能调用
1 引言
１.1 问题的提出
在Wｉndows200０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问题。
1．2任务与分析
具体要求：
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:不能有两个写者同时进行写操作
读-写互斥：不能同时有一个线程在读,而另一个线程在写。
读-读允许：可以有一个或多个读者在读。
读者优先的附加限制:如果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个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。
运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写申请、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。
课程设计目的:
通过实现经典的读者写者问题，巩固对线程及其同步机制的学习效果，加深对相关基本概念的理解,并学习如何将基本原理和实际设计有机的结合。
?２程序的主要功能
2.1测试文本录入功能
从指定的文件中录入程序所需要的数据信息。
2．2读者优先判断功能
按thｒｅad＿info中信息创建线程并执行,当线程类型为Ｒ时创建读者线程。２．3写着优先判断功能
按ｔｈread＿infｏ中信息创建线程并执行，当线程类型为R时创建读者线程。
?3 程序运行平台
Windows98/200０/XＰ操作系统,以VC++ 6．0集成开发环境为主要开发工具。?4总
体设计
图４.1 系统总体框架5 模块分析
5.１测试文本录入模块
打开测试数据文本“threａd.txt”，并将其中数据读入thrｅad＿info数组中
inｔ nｕ;//线程号,ｎu、ki、ｄｅ、ｒu用来临时保存线程信息
cｈar ki;//线程类型
douｂle de;//延迟时间
doｕblｅ ru；//运行时间
file=fopen("thｒeａd.txｔ"，＂ｒ");
?if（fｉle）
?{ whilｅ(!feｏf(filｅ)）
?{ fsｃａnf（file,＂％d %c ％lf %lf＼n",&nu,&ｋｉ，&de,&ru);
??ｔhｒｅad_ｉnfo［n_thｒeａd].nuｍ=nｕ;
?thｒead_ｉｎfo［n＿thread].kｉnd＝ki;
??thread_info[n_threａd].delay=ｄｅ;
?thread＿inｆo[ｎ＿ｔｈｒeaｄ++］．runtime=ｒu;
}
?}
fｃｌosｅ(file);
5．2 读者优先判断模块
１．首先调reａｄfirsｔ（）函数，按ｔhreaｄ＿info中信息创建线程并执行，当线程类型为R时创建读者线程，反之创建写者线程。主要代码如下:
? fｏｒ(int ｉ=0;i<ｎ＿threａd;i++)
?｛ iｆ(ｔhread_ｉｎｆo[ｉ]．ｋｉnd==＇Ｒ')
?thread[i］=ＣｒeatｅＴhreaｄ(NUＬL，0，（ＬＰTHREAD_STＡＲＴ_ROＵＴINE)(ｒf_reａd),＆ｔhreａd_iｎfo[i],0,＆ｔhreａdＩＤ);／／创建读者线程
??eｌsｅ if(ｔhrｅad＿info[i].kiｎd=＝'W'）
tｈｒｅaｄ[i]=CｒeateTｈｒead(NULL,0,（LPＴHRＥAＤ_ＳＴART_ROUTIＮE）(r ｆ_wｒｉte)，&threａd_info[i],0，&threadID);// 创建写者线程
? }
2.创建及调度读者线程的函数rf＿read（):首先申请读;然后用一互斥变量ｒmuｔex保
证修改rｅaｄcoｕnｔ时无其他读者线程影响,当为第一个申请的读者时应判断当前是否有写者等待或写,等待写操作完毕方才继续执行,释放互斥变量ｒmｕtｅｘ，完成读者读的过程;最后用互斥变量rmｕteｘ保证修改reａdｃounｔ时无其他读者线程影响，之后释放ｒmutex。
HANDLE rmutｅx=OpｅnＭutex(MUTEX_ＡLL_ＡＣＣESS，fａlse,＂rｍutex"）；
DＷORＤ de=(DWOＲＤ)(（(ｔhreaｄinfo＊)ｐ）-＞ｄelay *１0００)；／/延迟时间
DWORD ru=(DWORD)（（(ｔhrｅadinfo*)ｐ）->rｕｎｔime ＊100０）;//执行时间
int ｎｕ=((threａdinfｏ＊)ｐ)->num;
Slｅｅp(dｅ)； //等待
pｒinｔf("reader %d aｐply\n",nu）;
ＷaitForSinｇｌｅObｊeｃt（rmutｅx,－1);/／阻塞rmutｅx,以便修改readcounｔ
iｆ(++reａdcoｕｎｔ==1） /／申请的读者数加1
EntｅrCｒiｔicalSｅction(&cs_wｒiｔe);/／如为第一个读者，等待写者写完
RelｅａseＭuteｘ(ｒｍｕtex）;／/释放互斥变量rmuｔeｘ
printf("readeｒ %d begin to reａd\ｎ"，nu)；
Slｅep(ｒu)； //执行
printf("reader ％d fiｎisｈed\n",nu);
WaitForSinｇleObject(rmutｅx，－1）;／/阻塞rｍutex，以便修改rｅａｄcoｕnt
if（--rｅａｄcｏunt==０）
?LeaveCriticalSｅctiｏn(＆ｃs_wrｉte)；
RｅｌeａseＭuｔex（rmｕｔeｘ);/／释放rmuteｘ
3．写者线程rｆ_ｗrite():首先申请写操作；然后等待进入临界区cｓ_write,执行写操作；最后释放临界资源cs＿wrｉte,完成写操作。
DWOＲD de=(DWＯRD）(((thrｅaｄｉnｆｏ＊）(p))->ｄeｌaｙ*１０００);/／延迟时间
ＤＷORD ru=(ＤWORD)（((threadｉｎfｏ*)（p))->runtime＊１000);／/执行时间
ｉnt nu=（（threadｉnｆo*)p)－＞ｎｕｍ;
Sleep（dｅ); ／／等待
printf(＂writeｒ %d ａpplｙ\n"，nｕ);
EnｔerＣrｉtiｃalSection（&ｃs_ｗｒite);
prinｔｆ（＂wriｔeｒ %d ｂｅgin ｔo wriｔe＼n"，nu);
Ｓleep（ru)；
ｐｒｉntf(＂writｅr ％d finｉshed＼n",nu）;
LeavｅＣrｉｔicａｌSecｔiｏn(&ｃs_write);
5.３读者优先判断模块
1.首先调wrｉtefiｒsｔ()函数，按thｒead＿ｉnｆo中信息创建线程并执行，当线程类
型为R时创建读者线程,反之创建写者线程。主要代码如下：
for(iｎt i=0;i ? { ｉｆ(tｈread_infｏ[i］．kinｄ＝=＇R') ?thｒｅad[i]=ＣreateThread(NULL，0,(LPＴＨREAＤ_STAＲT_ROUＴINE)(wf＿rea ｄ),&thrｅａd＿info［i],0,&ｔhreaｄID);// 创建读者线程 ?eｌse if（thread_info[i]．kｉｎｄ=＝＇Ｗ') ?thｒead[i]=CreａteＴhｒead(NULL，0,(LPＴHＲＥAD_START_RＯＵTＩNE)(wf_write),&ｔｈread_ｉnfo[i]，０,＆tｈrｅadID);// 创建写者线程 ? } 2．创建及调度读者线程的函数ｗf_ｒｅaｄ():首先申请读;然后用一互斥变量mutex保证当前只有一个读者进入cs_ｒead临界区,然后用一互斥变量ｒｍuteｘ保证修改re ａdcｏuｎｔ时无其他读者线程影响,当为第一个申请的读者时应判断当前是否有写者等待或写,等待写操作完毕方才继续执行，完成进入临界区的过程,释放临界区并释放互斥变量mutex及rmｕtｅｘ以便其他读者访问临界区cs_read，完成读者读的过程；最后用互斥变量rmutex保证修改readcount时无其他读者线程影响,之后释放ｒmｕtex。 ＨＡNDLE muteｘ=ＯpeｎMutex(MUTEＸ＿AＬL＿ACCＥSS,fａｌse,"muｔex"); HAＮＤLE ｒｍuｔex=OpenＭutex(MＵＴEＸ＿ALL_ACＣESS，ｆalｓe,"rmｕｔex＂）; DＷORD dｅ=(ＤWORD)(（(ｔhreadinfo*)p)->delay ＊100０); //延迟时间 ＤWＯRD ｒｕ=(DWＯRD)(（(thｒｅadinfo*)p)-＞ruｎｔime ＊1000);//执行时间iｎt ｎu=((tｈreaｄiｎfo*)p)->ｎum； Sｌeep(de); ／/等待 prinｔｆ("rｅader %d apｐlｙ\n",nu); WａiｔFoｒSinｇleＯbjecｔ(muteｘ,-1）；//阻塞互斥变量mutex EnteｒCrｉtｉcａlＳection(&ｃs_ｒeａd); WaiｔFｏｒSingleObjｅct(rｍｕｔex,-1);／/阻塞rmuteｘ，以便修改reaｄcounｔｒeadcoｕnｔ＋+；／/申请的读者数加1 iｆ(reａdcoｕnt=＝1) ?ＥnterCｒiticalＳecｔｉｏn(&cｓ_write）；//如为第一个读者,等待写者写完 RelｅaseMuｔex(rmｕtex);//释放互斥变量rmutex LeaｖeCrｉticalSectｉoｎ(＆cs＿ｒeａｄ);／/让其他读者进去临界区 RｅleasｅＭｕtex(mutex)；／/释放互斥变量mutｅx ｐrintf("rｅaｄer %d bｅgin to reａd\n"，nu）; Slｅeｐ(ru); //执行 ｐrinｔf（"rｅadｅr ％d ｆinｉshｅd\n",ｎu); WaｉtFｏrSiｎgｌeObjeｃt（ｒｍutex,-1）;/／阻塞ｒmutex,以便修改readcount readｃouｎt--; if（rｅadcount=＝0) ＬeaveCrｉｔiｃalSectiｏn(＆cs＿write）； ReleａsｅMutex(ｒｍutex);//释放rmutｅx 3.写者线程wｆ＿ｗriｔe()与读者线程有些类似,但也有不同:首先也是申请写操作；然 后用互斥变量wｍutｅｘ完成修改ｗｒｉtecounｔ及进入临界区ｃs_wriｔｅ的过程，若为第一个申请的写者应等待当前进行的读者读完,之后释放互斥变量wmutex,执行读 操作(注意：此时并未释放临界资源ｃs_wrｉｔe,即一次仅允许一个写者写）;最后释放临界资源cs＿wrｉｔｅ，完成写操作,然后用互斥变量wｍuｔeｘ完成修改writec ｏunt，如为当前最后一个写者则释放临界区变量cs_rｅad,释放互斥变量wｍｕtｅｘ。 HAＮDＬＥ wmutex=OpeｎMuteｘ(ＭUＴEX＿ＡLL＿ACＣESS,false，"wｍuｔex")； DWＯRＤ de=（ＤWORD)((（threadｉnfo*）（ｐ))->deｌay*1000);／/延迟时间 DWORＤｒｕ=(DＷORＤ)（（(thｒｅadinfo＊）(ｐ)）->runtiｍe＊10０0）；//执行时间 iｎt nｕ=（(thrｅaｄinfo*)p)－>num; Sleeｐ(ｄe）; //等待 ｐrinｔf("writeｒ %d ａｐｐlｙ\n",nu); WaitForＳｉngleOｂject(wmｕtex,－１）;//阻塞wmuｔex，以便修改writｅcount wrｉteｃoｕｎt+＋； //当前申请的写者数加1 if（ｗriｔecount＝=1) EnteｒCriticalSｅｃｔion（&cs_ｒead)；//如有读者在读,等待ReleaｓeMutex(ｗmutex); //释放互斥变量wmutｅｘ EnｔerCｒiticalSｅｃtion(&cs_wrｉtｅ); pｒｉntf("wrｉter %d ｂegin tｏ wｒiｔe\ｎ＂,nｕ）； Sleep(ru）； prinｔf("wｒiｔer ％d fｉnished\n"，nｕ); ＬeaveCｒiticａlSectｉon(&cs_writｅ）; WａitForSｉｎglｅＯbject(wmutex，－1)； writecounｔ--;／/当前申请的写者数减１ ｉf(writｅｃｏｕnｔ＝＝0) LeaveCritiｃalSeｃtioｎ(&cs＿ｒead）; ReleaｓｅMutｅx(wmutex);//释放互斥变量wmｕｔｅｘ 流程图: ?6 系统 测试 6.１读者优先结果 结束 将数据读入threadinfo 数组 输入选择0、1、或2 读完，读者数 -1，如读者数 为0，允许写者如有读者在读 直接进入，否则 等写者写完，将 读者数+1 调函数rf_write 写操作 等读者读，写者写 调函数 rf_read 线程R 线程W 最后线程 否 是 开始 2 1 0 调函数readerfirst 调函数writerfirst 最后线程 是 否 读完，读者数-1，如读者数为0，允许写 有读者读无写者等时进入读，读者数+1，反之等待 线程R 调函数rf_write 线程W 写操作 调函数rf_read 等读者读，写者写 图6-１选择读者优先 图6-２读者优先运行过程及结果6.2 写者优先结果 图6－3 选择写者优先 7结论 图6-4 写者优先运行结果和过程? 本次操作系统课程设计完成的是读者－写者问题,通过学习对线程及其同步机制有了很的学习和掌握. 并认识到同步可以保证在一个时间内只有一个线程对某个资源有控制权。共享资源包括全局变量、公共数据成员或者句柄等。同步还可以使得有关联交互作用的代码按一定的顺序执行。