操作系統(tǒng)課程設計實驗報告

1、<p><b>　　操作系統(tǒng)課程設計</b></p><p>　　題目名稱： 讀者與寫者 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　問題描述................................................3~4</p><

2、;p>　　系統(tǒng)設計................................................5~9</p><p>　　源代碼清單.............................................9~19</p><p>　　運行結果測試與分析.......................................20</p&

3、gt;<p>　　總結與心得...............................................20</p><p><b>　　問題描述</b></p><p>　　讀者與寫者問題主要是涉及到操作系統(tǒng)中的進程同步、互斥以及信號量機制的概念，可以有多個讀者進程同時進行，但是當寫者進程到來時，所有的讀者進程都要進入等待狀態(tài)，而且寫

4、者進程只能獨立。</p><p>　　實現讀者與寫者的總體思路是使用多線程，每當一個讀者到來時，如果當前沒有寫者進程正在進行，則立即開啟一個讀者線程，如果當前有寫者正在進行，則此讀者應當進入等待狀態(tài)，直到寫者進程完成，每當一個寫者到來時，若此時有讀者正在進行，則立即將正在進行的讀者設置為等待狀態(tài)，開啟寫者進程，并且當下一個寫者到來時，只能進入等待狀態(tài)，除非當前寫者完成。</p><p>&

5、lt;b>　　進程同步與互斥：</b></p><p>　　進程互斥是多處理機系統(tǒng)中的典型間接作用，通常是兩個或兩個以上進程需要同時訪問某個共享變量，在這個程序中此共享變量就是共享文件。我們一般將發(fā)生能夠共享變量的程序段稱為臨界區(qū)。兩個進程不能同時進入臨界區(qū)，否則就會導致數據的不一致，產生與時間有關的錯誤。我們解決互斥問題時要遵循互斥和公平兩個原則，即任意時刻只允許一個進程進入臨界區(qū)，且不能讓任

6、意進程進入無限的等待。</p><p>　　進程同步是進程之間的直接作用。簡單的理解就是，若有兩個進程A，B，若只有當A進程完成后B進程才能夠啟動，則說A進程與B進程是同步的。</p><p>　　實現同步與互斥有多種機制，比如信號量、管程、會合、分布式系統(tǒng)，在這個程序中簡單的用信號量來實現。</p><p><b>　　信號量</b><

7、/p><p>　　信號量機制是荷蘭學者Dijkstra于1955提出的一種解決進程同步與互斥的有效工具在此機制中，信號量S是一個整數，S大于等于零代表可供并發(fā)進程使用的資源數，當S小于零時表示正在等待使用臨界區(qū)的進程數。Dijkstra同時提出了對信號量操作的PV原語：</p><p><b>　　P原語操作動作：</b></p><p><

8、b>　　、S減一；</b></p><p>　　、若S減一后仍大于或等于零，則進程繼續(xù)進行。</p><p>　　、若S減一小于零，則進程被阻塞后進入與該信號量相對應的隊列中，然后轉進程調度。</p><p><b>　　V原語操作動作：</b></p><p><b>　　、S加一；<

9、/b></p><p>　　、若S加一后結果大于零，則進程繼續(xù)；</p><p>　　、若S加一后結果小于或等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒一等待進程再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉向進程調度。</p><p>　　PV操作對于每一個進程來說，都只能進行一次，而且必須成對使用。在PV執(zhí)行期間不允許有中斷發(fā)生。信號量機制分整型信號量機制、記錄型信號量機制、and型信號

10、量機制以及信號量集，在這個程序中使用的是整型信號量機制。</p><p>　　假設共享文件是一個JTextArea，在這個JTextArea中，可以向其寫入文件，也可以從其中讀取文件，遵循的原則是，多個讀者可以同時進行，但寫者只能單獨進行，而且寫者優(yōu)先。當一個讀者到來時，先判斷有無寫者正在進行，可用一個布爾變量bwrite，當其為true時表示有寫者正在進行，表示此時來到的讀者只能進入等待狀態(tài)。當其為false時

11、，表示暫無寫者正在進行，來到的讀者可以立即開啟。</p><p>　　讀者到來：空閑情況下，直接開啟一個讀者，就是將共享文件中的內容簡單的讀取出，并且顯示在相應讀者的顯示框中。當有讀者正在進行時，由于多個讀者可以同時進行，因此這種情況下也是立即開啟一個讀者進程，同時讀取。當有寫者正在進行時，由于寫者優(yōu)先，因此到來的讀者必須進入等待狀態(tài)，直到所有寫者進程全部完成。一段時間后，這個讀者應當完成，并且要釋放資源，即共享

12、文件的被引用次數減一。</p><p>　　寫者到來：空閑情況下，直接開啟一個寫者，由于寫者只能單獨進行，因此開啟一個寫者后要將共享區(qū)鎖住，禁止其他讀者或者寫者進入。若此前有讀者正在進行，則正在進行的讀者馬上進入等待狀態(tài)，進入等待隊列，立即將此寫者開啟，直到該寫者完成，在從等待隊列中拿出處于等待的讀者繼續(xù)。若此前有寫者正在進行，則剛到的這個寫者要進入等待隊列。而且若后面還有讀者到來，則當前寫者完成后，要先判斷寫者

13、等待隊列是否為空，若寫者等待隊列為非空，則應先喚醒處于等待狀態(tài)的寫者，直到寫者等待隊列為空，再去喚醒處于等待狀態(tài)的讀者。</p><p>　　這里要用到兩個隊列：讀者等待隊列，寫者等待隊列。</p><p>　　產生java.lang.IllegalMonitorStateException異常：原因是沒有注意notify(),notifyAll(),wait()方法的使用條件，如果當前的

14、線程不是此對象鎖的所有者，卻調用該對象的notify(),notifyAll(),wait()方法。解決方法是在調用wait()的方法前加上synchronized。</p><p>　　Synchronized：用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候，能夠保證在同一時刻最多只有一個線程執(zhí)行改代碼段。</p><p>　　當兩個并發(fā)線程訪問同一個對象Object中的這個synchronize

15、（this）同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程得到執(zhí)行，另一個線程必須等待當前線程執(zhí)行完這個代碼塊以后才能執(zhí)行改代碼塊。</p><p>　　一個線程訪問Object的一個synchronize（this）同步代碼塊時，另一個線程任然可以訪問該object中的非synchronize（this）同步代碼塊。</p><p>　　當一個線程訪問object的一個synchronize（t

16、his）同步代碼塊時，其他線程對object中所有其他synchronize（this）同步代碼塊的訪問將被阻塞。</p><p><b>　　系統(tǒng)設計</b></p><p>　　對于該程序的設計，總共設計三個類，Reader、Writer、ReaderWriter，其中讀者與寫者分別實現Runnable接口，每個讀者以及每個寫者對應一個線程每當讀者到來時，開啟一個

17、線程來處理。</p><p>　　Writer類，每當一個寫者到來時，改變共享文件</p><p><b>　　源代碼清單</b></p><p><b>　　運行結果測試與分析</b></p><p><b>　　結論與心得</b></p><p>　

18、　讀者寫者問題是一個經典的并發(fā)程序設計問題，也是一種經常出現的一種同步問題。在這個程序設計的過程中也出現了一些問題。比如產生java.lang.IllegalMonitorStateException異常：原因是沒有注意notify(),notifyAll(),wait()方法的使用條件，如果當前的線程不是此對象鎖的所有者，卻調用該對象的notify(),notifyAll(),wait()方法。解決方法是在調用wait()的方法前加上

19、synchronized。</p><p>　　Synchronized：用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候，能夠保證在同一時刻最多只有一個線程執(zhí)行改代碼段。</p><p>　　當兩個并發(fā)線程訪問同一個對象Object中的這個synchronize（this）同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程得到執(zhí)行，另一個線程必須等待當前線程執(zhí)行完這個代碼塊以后才能執(zhí)行改代碼塊。</p&g