Transcript 读者-写者问题

互斥与同步
操作系统实验2
赵静：[email protected]
内容

一、信号量机制解决互斥与同步问题
实验：P/V信号量的编程实现

二、管程机制解决互斥与同步问题
实验：管程机制的编程实现
一、信号量机制解决互斥与同步问题
信号量机制
信号量（semaphore）机制
 解决并发进程同步的工具
 P操作表示同步进程发出的检测信号量操作，检测
是否能够使用临界资源
 V操作表示访问完临界资源的进程通知等待进程已
经完成了临界资源的访问，将临界资源释放。
经典互斥与同步问题回顾
 生产者-消费者问题
 读者-写者问题
 哲学家进餐问题
生产者-消费者问题

生产者P：
Wait(empty);
Wait(mutex);
Buffer(in)=nextp;
in:=(in+1) mod n;
Signal(mutex);
Signal(full);
mutex,full,empty:semaphore
mutex :=1;
full:=0;
empty:=n;

消费者C:
Wait(full);
Wait(mutex);
netxc=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
Signal(mutex);
Signal(empty);
读者-写者问题(读者优先)

读者R：
Wait(rmutex);
rcount++;
if(rcount == 1)
Wait(wmutex);
Signal(rmutex);
Read_Action();
Wait(rmutex);
rcount--;
if(rcount == 0)
Signal(wmutex);
Signal(rmutex);
rmutex,wmutex:semaphore
rmutex :=1;wmutex :=1;
rcount:int
rcount:=0;

写者W:
Wait(wmutex);
Write_Action();
Signal(wmutex);
哲学家进餐问题
 哲学家i(i=0,1..5)
array of fork[]:semaphore
fork[] :={1,1,1,1,1};
thinking();
Wait(fork[i]);
Wait(fork[(i+1) mod 5])
eating();
Signal(fork[i]);
Signal(fork[(i+1) mod 5])
思考，怎么解决
死锁问题 ？
同步对象
同步对象是指Windows/Linux中用于实现同步与互斥的实体，
包括互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)、临界区(Critical
Section)和事件(Events)等。
本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。
实验方案设计
以读者-写者(读者优先)为例：
1.创建若干线程分别模拟读者操作和写者操作
2.读线程间和写线程间对各自局部共享资源的访问修改采用
Mutex对象，结合WaitForSingleObject 保证互斥操作。
3.读线程与写线程争用全局临界资源采用临界区(Critical
Seciton)。
4.统管读写线程的线程采用WaitForMultipleObjects 保证等待
所有的线程结束。
创建线程函数
CreateThread
功能：该函数创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程。
若函数调用成功，返回值为新线程的句柄；若函数调用失败，
返回值为NULL。
格式：
HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes，
DWORD dwStackSize，
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress，
LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlag，
LPDWORD lpThreadId)；
参数说明：
lpThreadAttributes—指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES(新线程的安全性描述符
dwStackSize—定义原始堆栈大小。
lpStartAddress—指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。
lpParamiter—定义一个给进程传递参数的指针。
dwCreationFlags—定义控制线程创建的附加标志。
lpThread—保存线程标志符(32位)
退出线程函数
ExitThread
功能：该函数结束一个线程
格式：VOID ExitThread (DWORD dwExitCode);
参数说明：
dwExitCode—调用线程的退出代码
创建互斥量函数
CreateMutex
功能：函数创建有名或者无名的互斥对象。如果函数调用成功，返回值
是互斥对象句柄；如果函数调用之前，有名互斥对象已存在，那么函数
给已存在的对象返回一个句柄。
格式：
HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
BOOL bInitialOwner,
LPCTSTR lpName)；
参数说明：
lpMutexAttributes—取值NULL。
bInitialOwner—指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁)。
lpName—互斥量名称。
释放互斥量函数
ReleaseMutex
功能：释放互斥对象的控制权。
格式：
BOOL WIANPI ReleaseMutex(HANDLE hMutex);
参数说明：
hMutex—互斥对象句柄。
返回值：TRUE表示成功，FALSE表示失败。
注：相当于我们的V操作
创建信号量函数
CreateSemaphore
功能：创建一个新的信号量。
格式：
HANDLE CreateSemaphore(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
LONG
lInitialCount,
LONG
lMaximumCount,
LPCTSTR lpName);
参数说明：
lpSemaphoreAttributes——用于定义信号量的安全特性。
lInitialCount——设置信号量的初始计数。
lMaximumCount——设置信号量的最大计数。
lpName——指定信号量对象的名称。
释放信号量函数
ReleaseSemaphore
功能：函数用于对指定的信号量增加指定的值。
格式：BOOL ReleaseSemaphore(
HANDLE
hSemaphore,
LONG
lReleaseCount,
LPLONG
lpPreviousCount);
参数说明：
hSemaphore——所要释放的信号量句柄。
lReleaseCount——所要释放信号量的数目。
lpPreviousCount——指向返回信号量上次值的变量的指针，如果不需要信号量
上次的值，那么这个参数可以设置为NULL。
注：相当于我们的V操作
使用临界区资源的相关函数
VOID InltlallzeCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION IpCritiCalSection)；
函数功能：该函数初始化临界区对象。返回值：无。
VOID EnterCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)；
函数功能：该函数是等待指定临界区对象的所有权。当调用线程被
赋予所有权时，该函数返回。返回值：无。
VOID LeaveCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)；
函数功能：该函数释放指定临界区对象的所有权。返回值：无。
等待同步对象函数
WaitForSingleObject
功能：使程序处于等待状态，直到信号量hHandle出现(即其值大于
等于1)或超过规定的等待时间。
格式：
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,
DWORD dwMilliseconds);
参数说明
hHandle——同步对象指针。
dwMilliseconds——等待的最长时间(INFINITE为无限等待)。
注：相当于我们的P操作
等待所有线程完成函数
waitForMultipleObjects
功能：WaiForMultipleObjects函数当下列条件之一满足时返回：
(1)任意一个或全部指定对象处于信号态；
(2)超时间隔已过。
格式：DWORD waitForMultipleObjects (DWORD nCount，
CONST HANDLE * lpHandles,
BOOL fWaitAll，
IDWORD dwMilliSeconds) ;
参数说明：
nCount——句柄的数量 最大值为MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（64）
HANDLE——句柄数组的指针。
HANDLE 类型可以为（Event，Mutex，Process，Thread，Semaphore ）
数组
bWaitAll ——等待的类型，如果为TRUE 则等待所有信号量有效在往下执行，
FALSE 当有其中一个信号量有效时就向下执行。
dwMilliseconds——超时时间 超时后向执行。
如果为WSA_INFINITE 永不超时。如果没有信号量就会在这死等。
输入数据格式及运行效果
测试数据文件的例子：
1
2
3
4
5
R
W
R
R
W
3
4
5
6
5.1
5
5
2
5
3
提示：由于牵涉格式的问题，最好在文件中读取输入数据。
代码实例-初始化操作
代码实例-主线程
代码实例-主线程
代码实例-读者线程
代码实例-写者线程
思考
试把控制读/写的全局临界资源用Critical Section换
成互斥量mutex，看看实验结果有什么变化，并且查
阅相关资料说明原因。
实验内容
题目1：用PV信号量实现读者-写者问题(写者优先)程序。
题目2：用PV信号量实现生产者与消费者问题。
题目3：用PV信号量实现哲学家进餐问题，要求解决死锁问题。
题目4：江安北和江安南有一座小桥，小桥中间宽两边窄，中间
每次最多允许两人通过，两边每次最多允许一人通过，使用PV
信号量实现过此桥的程序。
实验要求
1.每人做一道题
2.学号末2位模4所得结果+1为该生所做题目号