Windows环境下读者写者问题实验：信号量实现读者优先与写者优先

"基于Windows环境的实验，通过创建控制台进程并利用线程模拟读者和写者，使用信号量解决读者写者问题，实现读者优先和写者优先的策略。" 在计算机多线程编程中，读者写者问题是经典的问题之一，主要涉及到并发访问共享资源时的同步与互斥。在这个实验中，我们将在Windows环境下利用C++进行实现，创建一个控制台进程，该进程包含多个线程，每个线程代表一个读者或写者。线程根据预设的测试数据文件进行读写操作。 1.1 实验要求 实验的核心目标是利用信号量机制实现读者优先和写者优先的策略。具体来说，我们需要确保以下几点： - 写-写互斥：不允许两个写者同时执行写操作。 - 读-写互斥：当有线程正在读取时，不允许其他线程进行写操作。 - 读-读允许：允许多个读者同时读取，不相互干扰。 此外，对于两种优先级策略： - 读者优先：如果有读者请求读取，而当前已有读者在读，那么新来的读者可以直接开始读操作。 - 写者优先：如果有写者请求写入，且有其他写者在等待，那么新来的读者必须等到没有写者等待后才能开始读操作。 1.2 实验环境 实验将在Windows 2000/xp操作系统上进行，开发工具为Visual C++。 1.3 测试数据文件格式 测试数据文件包含多行，每行描述一个线程的类型（读者或写者）以及其读写操作的时间信息。文件中每一行由四个字段组成，字段间用空格分隔： - 第一字段：线程编号，正整数。 - 第二字段：线程角色，'R'表示读者，'W'表示写者。 - 第三字段：读写操作开始时间，相对于线程创建后的延迟。 - 第四字段：读写操作的持续时间。 1.4 实验分析 在实现过程中，需要深入理解线程同步的原理，如信号量机制。信号量是一种用于控制多个线程对共享资源访问的同步原语，可以用来解决互斥和同步问题。在读者写者问题中，通常会使用两个信号量：一个是互斥信号量，用于防止写-写和读-写的互斥；另一个是计数信号量，用于跟踪当前的读者数量。 1.5 相关API函数说明 在Windows环境下，可能用到的API函数包括但不限于： - `CreateThread`：创建新的线程。 - `WaitForSingleObject` 和 `ReleaseMutex`：用于线程同步，等待信号量或释放互斥锁。 - `CreateSemaphore` 和 `ReleaseSemaphore`：创建和释放信号量，调整信号量的值。 1.6 简单说明 实验的实现需要编写线程函数，根据线程的角色（读者或写者）来调用相应的读写操作，并在适当的位置调用上述的API函数来确保线程间的同步。 1.7 参考程序 提供的参考程序将包含示例代码，展示如何使用上述API来构建读者写者问题的解决方案。 实验不仅限于Windows环境，还包括基于Linux环境的部分，如shell程序的编写和作业调度系统的实现，但这些不在当前讨论的范围内。在Windows环境下的实验，重点在于理解和应用读者写者问题的解决策略，这对于理解和优化多线程并发程序具有重要意义。