操作系统读者写者(生产者消费者)

Sekiro

C/C++操作系统

发布于：2020年9月3日

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字数：971字

时长：3分钟

本文是操作系统进程同步互斥关于读者写者(生产者消费者)的基本实验。

一、需求

本课程实验内容引自《Windows 内核实验教程》(陈向群、林斌等编著，机械工业出版社，2002.9)。

在Windows 环境下，创建一个包含n 个线程的控制进程。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。请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。

读者-写者问题的读写操作限制：

写-写互斥
读-写互斥
读-读允许

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、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确信所有处理都遵守相应的读写操作限制。

二、运行环境

电脑硬件配置：

处理器：Intel i7 7700HQ
显卡：NVIDIA GeForce GTX 1050 Ti
内存：16GB

软件：

编程语言：C++
IDE：Microsoft Visual Studio 2019
Windows SDK版本：10.0
平台工具集：Visual Studio 2019（v142）

三、核心算法

读者优先：

点击查看代码

//信号量：
mutex=1;//对read_count的互斥操作
RP_Write=1;//保证读者优先，读者与写者互斥
//读者：
wait(mutex);
read_count++;
if(read_count==1)
	wait(&RP_Write);
signal(mutex);
读临界区……
wait(mutex);
read_count--;
if(read_count==0)
	signal(&RP_Write);
signal(mutex);
//写者：
wait(&RP_Write);
写临界区……
signal(&RP_Write);

写者优先：

点击查看代码

//信号量：
mutex1=1;//保证每个读者按顺序依次进入临界区
mutex2=1;//对read_count的互斥操作
mutex3=1;//对write_count的互斥操作
cs_Read =1;//保证写者优先，读者与写者互斥
cs_Write=1;//保证如果有读者正在读，写者等待当前读者读完后再写
//读者：
wait(mutex1);
wait(&cs_Read);
wait(mutex2);
read_count++;
if(read_count==1)
	wait(&cs_Write);
signal(mutex2);
signal(&cs_Read);
signal(mutex1);
读临界区……
wait(mutex2);
read_count--;
if(read_count==0)
	signal(&cs_Write);
signal(mutex2);
//写者：
wait(mutex3);
write_count++;
if(write_count==1)
	wait(&cs_Read);
signal(mutex3);
wait(&cs_Write);
写临界区……
signal(&cs_Write);
wait(mutex3);
write_count--;
if(write_count==0)
	signal(&cs_Read);
signal(mutex3);

输入：

屏幕输入：
- 1：选择读者优先，调用ReaderPriority(“thread.dat”)函数；
- 2：选择写者优先，调用WriterPriority(“thread.dat”)函数；
- 3：退出。
从thread.dat文件读入读者写者线程信息。
输出：
屏幕输出各读者写者线程信息。

五、测试样例：

输入1

可以看出，写者进程4、2、6虽然都请求了写操作，但是却是等待所有的读者1、3、5读完了再按顺序进行的写入操作，符合读者优先的要求。
输入2

可以看出，除了第一个读者进程1在读文件外，虽然读者3、5都请求了读操作，但由于写者进程4、2、6请求了写操作，因为写者优先，所以读者3、5都要等待写者4、2、6写入完成才能读，而写者4、2、6必须等待读者进程1读操作完成后才能写。读者1读操作完成后，写者4、2、6按顺序写入文件，写入完成后，读者3、5同时读文件，符合写者优先的要求。
输入3

释放线程，程序退出。