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基于C++的读者与写者问题read—write problem的实现(一)

时间:2017-08-13 计算机毕业论文 我要投稿


基于C++的读者与写者问题的实现 1
1.设计题目与要求 1
2.总的设计思想及系统平台、语言、工具等 1
2.1 设计思想 1
2.2 系统平台,语言,工具 4
3.数据结构与?樗得鳎üδ苡肓鞒掏迹 4
3.1 功能实现 4
3.2 流程图 6
4.源程序 7
4.1 .ReaderAndWriter.CPP   // 具体的实现 7
4.2.thread.dat //辅助的文件,但是必不可以少 15
5.运行结果与运行情况 15
6.调试记录 17
7.自我评析和总结 18

 

基于C++的读者与写者问题read—write problem的实现

1.设计题目与要求
     读者写者问题(read—write problem)是一个经典的并发程序设计问题。有两组并发进程:读者和写者,共享一个问题F,要求:(1)允许多个读者可同时对之执行读操作;(2)只允许一个写者往文件中写信息;(3)任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或者写者工作;(4)写者执行写操作前,应让已有的写者和读者全部退出。

2.总的设计思想及系统平台、语言、工具等
2.1 设计思想
   根据题目要求,首先分析了以下4种可能发生的情况:
    第 1 种情况: 读者的优先权比写者高,而且,不用调配。
 所有读者的优先权都比写者的优先权高,而且,不用调配。一个读者需要等待的唯一情况是,一个写者已经占用了文件。一个写者可以取得文件的条件是,没有一个读者处在等待状态或正在读文件。允许读者们结盟,以便能长期占用文件,而禁止写者的写。
 第 2 种情况: 在一个读者已经占有了文件的时候,全体读者的优先权才比写者高。
 在没有任何一个读者在读文件时,读者的优先权和写者的优先权相同。相反,如果有一个读者正在读文件,则其余的各读者都可以读文件,而不管有多少写者处在等待状态。所有读者都有权结盟,以便垄断文件。
 第 3 种情况: 写者的优先权比读者的优先权高。
 在一个写者提出要访问文件时,就必须使其尽可能的得到文件,而且不用调配。也就是说,在出现这一请求时,占据着文件的各进程都被执行完以后,写者可以立即得到文件。因此,在文件已为一写者请求之后到来的那些读者都必须等待,尽管某些读者正在应用文件,也是如此。所有写者可以结盟,以便能长期禁止读者的读。
 第 4 种情况: 所有写者的和所有读者有相同的优先权高,哪一类都不会有比另一类更高的优先权。
 如果一个读者正在应用文件,则在一个写者请求文件之前到来的全体读者,都能读文件,而之后到来的读者或写者,则要等待,不必区分他们属于哪一类进程。如果一个写者正在写文件,则所有新到来的请求都必须等待。在这一写者写完之后,它就要唤醒处在等待队列中的排在第一个位置的进程。如果此时有几个读者连续排在等待队列中的最前面各位置上,则它们可以同时去读文件。
 最后为了简化问题,将其分为两种主要情况:
(1)读者优先:
    如果没有写者正在操作,则读者不需要等待,用一个整型变量readcount记录当前的读者数目,用于确定是否释放写者线程,(当readcout=0 时,说明所有的读者都已经读完,释放一个写者线程),每个 读者开始读之前都要修改readcount,为了互斥的实现对readcount 的修改,需要一个互斥对象Mutex来实现互斥。
    另外,为了实现写-写互斥,需要一个临界区对象 write,当写者发出写的请求时,必须先得到临界区对象的所有权。通过这种方法,可以实现读写互斥,当readcount=1 时,(即第一个读者的到来时,),读者线程也必须申请临界区对象的所有权.
 当读者拥有临界区的所有权,写者都阻塞在临界区对象write上。当写者拥有临界区对象所有权时,第一个判断完readcount==1 后,其余的读者由于等待对readcount的判断,阻塞在Mutex上!
(2)写者优先:
 写者优先和读者优先有相同之处,不同的地方在:一旦有一个写者到来时,应该尽快让写者进行写,如果有一个写者在等待,则新到的读者操作不能读操作,为此添加一个整型变量writecount,记录写者的数目,当writecount=0时才可以释放读者进行读操作!
    为了实现对全局变量writecount的互斥访问,设置了一个互斥对象Mutex3。
    为了实现写者优先,设置一个临界区对象read,当有写者在写或等待时,读者必须阻塞在临界区对象read上。
 读者除了要一个全局变量readcount实现操作上的互斥外,还需要一个互斥对象对阻塞在read这一个过程实现互斥,这两个互斥对象分别为mutex1和mutex2。
 测试数据文件格式:测试数据文件包括n 行测试数据,分别描述创建的n 个线程是读者还是写者,以及读写操作的开始时间和持续时间。每行测试数据包括四个字段,各字段间用空格分隔。第一字段为一个正整数,表示线程序号。第一字段表示相应线程角色,R 表示读者是,W 表示写者。第二字段为一个正数,表示读写操作的开始时间。线程创建后,延时相应时间(单位为秒)后发出对共享资源的读写申请。第三字段为一个正数,表示读写操作的持续时间。当线程读写申请成功后,开始对共享资源的读写操作,该操作持续相应时间后结束,并释放共享资源。
 下面是一个测试数据文件的例子:
 1 R 3 5
 2 W 4 5
 3 R 5 2
 4 R 6 5
 5 W 5.1 3
 
 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。

2.2 系统平台,语言,工具
 本次设计在WINDOWS XP操作系统平台下,使用c++语言实现读者与写者问题。使用的软件是Visual C++。
   

3.数据结构与?樗得鳎üδ苡肓鞒掏迹
 
3.1 功能实现
 相关API介绍:
 线程控制:
 CreateThread 完成线程创建,在调用进程的地址空间上创建一个线程,以执行指定的函数;它的返回值为所创建线程的句柄。
 HANDLE CreateThread(
 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // SD
 DWORD dwStackSize, // initial stack size
 LPTHREAD_START_ROUTINE

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