操作系统课程设计实验报告

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1、 操作系统课程设计操作系统课程设计 题目名称：题目名称： 读者与写者读者与写者 目录 问题描述34 系统设计59 源代码清单.919 运行结果测试与分析.20 总结与心得.20 一、问题描述 读者与写者问题主要是涉及到操作系统中的进程同步、 互斥以及信号量机制 的概念，可以有多个读者进程同时进行，但是当写者进程到来时，所有的读者进 程都要进入等待状态，而且写者进程只能独立。 实现读者与写者的总体思路是使用多线程，每当一个读者到来时，如果当前 没有写者进程正在进行，则立即开启一个读者线程，如果当前有写者正在进行， 则此读者应当进入等待状态，直到写者进程完成，每当一个写者到来时，若此时 有读者正在

2、进行，则立即将正在进行的读者设置为等待状态，开启写者进程，并 且当下一个写者到来时，只能进入等待状态，除非当前写者完成。 进程同步与互斥： 进程互斥是多处理机系统中的典型间接作用， 通常是两个或两个以上进程需 要同时访问某个共享变量，在这个程序中此共享变量就是共享文件。我们一般将 发生能够共享变量的程序段称为临界区。两个进程不能同时进入临界区，否则就 会导致数据的不一致，产生与时间有关的错误。我们解决互斥问题时要遵循互斥 和公平两个原则，即任意时刻只允许一个进程进入临界区，且不能让任意进程进 入无限的等待。 进程同步是进程之间的直接作用。简单的理解就是，若有两个进程 A，B， 若只有当 A 进

3、程完成后 B 进程才能够启动，则说 A 进程与 B 进程是同步的。 实现同步与互斥有多种机制，比如信号量、管程、会合、分布式系统，在这 个程序中简单的用信号量来实现。 信号量 信号量机制是荷兰学者 Dijkstra 于 1955 提出的一种解决进程同步与互斥 的有效工具在此机制中，信号量 S 是一个整数，S 大于等于零代表可供并发 进程使用的资源数， 当S小于零时表示正在等待使用临界区的进程数。 Dijkstra 同时提出了对信号量操作的 PV 原语： P 原语操作动作： （1）、S 减一； （2）、若 S 减一后仍大于或等于零，则进程继续进行。 （3）、若 S 减一小于零，则进程被阻塞后进入

4、与该信号量相对应的队列 中，然后转进程调度。 V 原语操作动作： （1）、S 加一； （2）、若 S 加一后结果大于零，则进程继续； （3）、若 S 加一后结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一 等待进程再返回原进程继续执行或转向进程调度。 PV 操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在 PV 执行期间不允许有中断发生。 信号量机制分整型信号量机制、 记录型信号量机制、 and 型信号量机制以及信号量集，在这个程序中使用的是整型信号量机制。 假设共享文件是一个 JTextArea，在这个 JTextArea 中，可以向其写入文件， 也可以从其中读取文件，遵循的原则是

5、，多个读者可以同时进行，但写者只能单 独进行，而且写者优先。当一个读者到来时，先判断有无写者正在进行，可用一 个布尔变量 bwrite， 当其为 true 时表示有写者正在进行， 表示此时来到的读者只 能进入等待状态。当其为 false 时，表示暂无写者正在进行，来到的读者可以立 即开启。 读者到来：空闲情况下，直接开启一个读者，就是将共享文件中的内容简单 的读取出，并且显示在相应读者的显示框中。当有读者正在进行时，由于多个读 者可以同时进行，因此这种情况下也是立即开启一个读者进程，同时读取。当有 写者正在进行时，由于写者优先，因此到来的读者必须进入等待状态，直到所有 写者进程全部完成。一段时

6、间后，这个读者应当完成，并且要释放资源，即共享 文件的被引用次数减一。 写者到来：空闲情况下，直接开启一个写者，由于写者只能单独进行，因此 开启一个写者后要将共享区锁住，禁止其他读者或者写者进入。若此前有读者正 在进行，则正在进行的读者马上进入等待状态，进入等待队列，立即将此写者开 启，直到该写者完成，在从等待队列中拿出处于等待的读者继续。若此前有写者 正在进行，则刚到的这个写者要进入等待队列。而且若后面还有读者到来，则当 前写者完成后，要先判断写者等待队列是否为空，若写者等待队列为非空，则应 先唤醒处于等待状态的写者，直到写者等待队列为空，再去唤醒处于等待状态的 读者。 这里要用到两个队列：读者等待队列，写者等待队列。 产生 java.lang.IllegalMonitorStateException 异常：原因是没有注意 notify(),notifyAll(),wait()方法的使用条件， 如果当前的线程不是此对象锁的所有者， 却调用该对象的 notify(),notifyAll(),wait()方法。解决方法是在调用 wait()的方法前 加上 synchro