基于C++的读者与写者问题read—write problem的实现

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．数据结构与模块说明（功能与流程图） 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

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．数据结构与模块说明（功能与流程图）

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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