操作系统实验——进程同步(读者写者)C++代码实现

一、实验目的

现代操作系统的核心是多道程序设计、多处理器和分布式处理器,这些方案和操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。

理解操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。

三、实验技术

读者-写者问题的读写操作限制(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。

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。

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才能开始读操作。

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 开始文件读取操作.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);

// 退出线程
printf("Reader thread %d 结束文件读取操作.\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 开始文件写入操作.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);

// 退出线程
printf("Writer thread %d 结束文件写入操作.\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:\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(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 开始文件读取操作.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);
// 退出线程
printf("Reader thread %d 结束文件读取操作.\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 开始文件写入操作.\n",m_serial);
Sleep(m_persist);

// 退出线程
printf("Writer thread %d 结束文件写入操作.\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:\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(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=1000.2115.3001.5343\n");
   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;
}

你可能感兴趣的:(c++,操作系统,os)