现代 *** 作系统的核心是多道程序设计、多处理器和分布式处理器，这些方案和 *** 作系统设计技术的基础都是并发。当多个进程并发执行时，不论是在多处理器系统的情况下，还是在单处理器多道程序系统中，都会出现冲突和合作的问题。
理解 *** 作系统中用互斥和同步解决问题。用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者-写者问题从而掌握互斥与同步的基本理念。
二、实验内容在Windows 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 *** 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。
三、实验技术读者-写者问题的读写 *** 作限制（包括读者优先和写者优先）：
1） 写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写 *** 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。
读者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读 *** 作时已有另一个读者正在进行读 *** 作，则该读者可直接开始读 *** 作。
写者优先的附加限制：如果一个读者申请进行读 *** 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 *** 作。
四、实验代码（C++）#include "windows.h" #include#include #include #include #include #include using namespace std; #define READER 'R' // 读者 #define WRITER 'W' // 写者 #define INTE_PER_SEC 1000 // 每秒时钟中断数目。 #define MAX_THREAD_NUM 64 // 最大线程数目 #define MAX_FILE_NUM 32 // 最大数据文件数目 #define MAX_STR_LEN 32 // 字符串长度 int readcount=0; // 读者数目 int writecount=0; // 写者数目 CRITICAL_SECTION RP_Write; //临界区 CRITICAL_SECTION cs_Write; CRITICAL_SECTION cs_Read; struct ThreadInfo { int serial; // 线程序号 char entity; //线程类别（判断读者线程还是写者线程） double delay; double persist; }; // 读者优先--读者线程 //p：读者线程信息 void RP_ReaderThread(void* p) { //互斥变量 HANDLE h_Mutex; h_Mutex=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex_for_readcount"); DWORD wait_for_mutex; //等待互斥变量所有权 DWORD m_delay; // 延迟时间 DWORD m_persist; // 读文件持续时间 int m_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("Reader thread %d 发送读取申请.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("Reader thread %d 开始文件读取 *** 作.n",m_serial); Sleep(m_persist); // 退出线程 printf("Reader thread %d 结束文件读取 *** 作.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 void RP_WriterThread(void* p) { DWORD m_delay; // 延迟时间 DWORD m_persist; // 写文件持续时间 int m_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("Writer thread %d 发送写入申请.n",m_serial); // 等待资源 EnterCriticalSection(&RP_Write); //写文件 printf("Writer thread %d 开始文件写入 *** 作.n",m_serial); Sleep(m_persist); // 退出线程 printf("Writer thread %d 结束文件写入 *** 作.n",m_serial); //释放资源 LeaveCriticalSection(&RP_Write); } // 读者优先处理函数 //file：文件名 void ReaderPriority(char* file) { DWORD n_thread=0; //线程数目 DWORD thread_ID; //线程ID DWORD wait_for_all; //等待所有线程结束 //互斥对象 HANDLE h_Mutex; h_Mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_readcount"); //线程对象的数组 HANDLE h_Thread[MAX_THREAD_NUM]; ThreadInfo thread_info[MAX_THREAD_NUM]; readcount=0; // 初始化 readcount InitializeCriticalSection(&RP_Write); //初始化临界区 ifstream inFile; inFile.open(file); //打开文件 printf("Reader Priority:nn"); 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(int i=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("所有的读写操作都已经成功完成！.n"); } // 写者优先--读者线程 //p：读者线程信息 void WP_ReaderThread(void* p) { //互斥变量 HANDLE h_Mutex1; h_Mutex1=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex1"); HANDLE h_Mutex2; h_Mutex2=OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,FALSE,"mutex2"); DWORD wait_for_mutex1; //等待互斥变量所有权 DWORD wait_for_mutex2; DWORD m_delay; // 延迟时间 DWORD m_persist; // 读文件持续时间 int m_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("Reader thread %d 发送读取申请.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("Reader thread %d 开始文件读取 *** 作.n",m_serial); Sleep(m_persist); // 退出线程 printf("Reader thread %d 结束文件读取 *** 作.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 void WP_WriterThread(void* p) { DWORD m_delay; // 延迟时间 DWORD m_persist; // 写文件持续时间 int m_serial; //线程序号 DWORD wait_for_mutex3; //互斥对象 HANDLE h_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("Writer thread %d 发送写入申请.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("Writer thread %d 开始文件写入 *** 作.n",m_serial); Sleep(m_persist); // 退出线程 printf("Writer thread %d 结束文件写入 *** 作.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 void WriterPriority(char* file) { DWORD n_thread=0; //线程数目 DWORD thread_ID; //线程ID DWORD wait_for_all; //等待所有线程结束 //互斥对象 HANDLE h_Mutex1; h_Mutex1=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex1"); HANDLE h_Mutex2; h_Mutex2=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex2"); HANDLE h_Mutex3; h_Mutex3=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex3"); //线程对象 HANDLE h_Thread[MAX_THREAD_NUM]; ThreadInfo thread_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); ifstream inFile; inFile.open(file); //打开文件 printf("Writer Priority:nn"); 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(int i=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("所有的读写操作都已经成功完成！n"); } //主函数 int main(int argc,char* argv[]) { char ch; while (true) { //打印提示信息 printf("************************************************n"); printf(" 1:(当读写操作发送冲突时候)读者优先n"); printf(" 2:(当读写操作发送冲突时候)写者优先n"); printf(" 3:退出系统n"); printf("************************************************n"); printf(" 作者：CSDN Carmelo_7 主页： https://blog.csdn.net/Carmelo_7?spm=1000.2115.3001.5343n"); printf("Enter your choice(1,2 or 3): "); //如果输入信息不正确，继续输入 do{ ch=(char)_getch( ); }while(ch != '1' &&ch != '2' && ch != '3'); system("cls"); //选择3，返回 if(ch=='3') return 0; //选择1，读者优先 else if(ch=='1') ReaderPriority("thread.dat"); //选择2，写者优先 else if(ch=='2') WriterPriority("thread.dat"); //结束 printf("n输入任意键继续: "); _getch( ); system("cls"); } return 0; }
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