python实现 进程同步与互斥 读者-写者问题 读者优先 操作系统weixin44929977的博客-

题目描述

解决读者-写者问题，仅要求解决读者优先的情况。
提示：创建一个控制台进程，此进程包含 n 个线程。用这 n 个线程来表示 n 个读者或写
者。每个线程按相应测试数据文件的要求进行读写操作。

读者-写者问题的读写操作限制：

1)写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。
2)读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。
3)读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。

读者优先的附加限制：

如果一个读者申请进行读操作时已有另一个读者正在进行读操
作，则该读者可直接开始读操作。但任何写者必须等到没有读者时才能开始写操作。

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，以确定所有处理都遵守相应的读写操作限制。

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，各个字段间用空格分隔。第一字段为一个正整数，表示线程序号。第二字段表示相应线程角色，R 表示读者，W 表示写者。第三字段为一个正数，表示读写操作的开始时间：线程创建后，延迟相应时间(单位为秒)后发出对共享资源的读写申请。第四字段为一个正数，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。

测试数据随机生成，为简化起见，假设每个线程只执行一次读或写操作，之后运行结束。

下面是一个测试数据文件的例子：
线程序号 角色 何时开始读写 读写持续时间
1 R 3 5
2 R 4 5
3 W 5 2
4 R 10 3
5 W 11 3
6 R 13 4
…… …… ……

输入的形式和输入值的范围

测试数据使用文件来保存，在我的程序中命名为“input.txt”。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，各个字段间用空格分隔。第一字段为一个正整数，表示线程序号。第二字段表示相应线程角色，R 表示读者，W 表示写者。第三字段为一个正数，表示读写操作的开始时间：线程创建后，延迟相应时间(单位为秒)后发出对共享资源的读写申请。第四字段为一个正数，表示读写操作的持续时间。

输入文件 input.txt

输出结果

主要包含包

（1）threading模块
threading模块是在低级别_thread模块上构建的的高级别线程接口。继承_thread功能，而_thread模块是提供处理多进程(也称轻量级继承或任务)的基本单元，多进程控制特点是共享全局数据空间.简单锁(也称互斥或二进制信号量)可实现进程同步。
python中线程属于内核级别,即由操作系统调度(如单线程一旦遇到IO就会被迫交出CPU执行权限,切换到其他线程运行).

（2）Thread类
线程类表示单独控制运行的线程活动.有两种建立线程的方式:
• 直接使用Thread类;（本文使用）
• 重构run()方法.

（3）Semaphore类
Semaphore 在内部管理着一个计数器。调用 acquire() 会使这个计数器 -1，release() 则是+1.计数器的值永远不会小于 0，当计数器到 0 时，再调用 acquire() 就会阻塞，直到其他线程来调用release()
（4）time类
用于获取当前时间，精确到秒，从而与最开始时间相减来获得时间点

程序流程图

各模块间层次

读者优先的特点是当读者进行读时，后续的写者必须等待，直到所有的读者均离开后，写者才可进入。
读者优先问题的关键互斥问题是解决“写者与写者”和“写者与第一个读者”的互斥问题，为此引入互斥信号量Wmutex。为了记录谁是第一个读者，用一个全局整型变量Rcount做一个计数器。而在解决问题的过程中，由于使用了全局变量Rcount，该变量又是一个临界资源，对于他的访问仍需互斥进行，所以需要一个互斥信号量Rmutex。

1. reader函数
   用于读者的操作。最开始创建后sleep到开始时间，然后进入等待队列请求读操作。请求到之后如果Rcount=0(自己是第一个读者)则把写者的信号量申请，不让写者进行写操作，然后Rcount+1,然后释放Rmutex（让后续读进程可以一起申请读操作）。最关键的部分就是Rcount来记录第一个读者，实现与写者的互斥，而这通过互斥信号量Rmutex来修来Rcount.

2. writer函数
   用于写者的操作,最开始创建后sleep到开始时间，然后进入等待队列请求写操作。然后申请Wmutex信号量，申请到了就可以进行写，最后再释放。

3. 四个list
   idx = [] 存取线程序号
   rwlist = [] 存取线程类型
   start_time = [] 存取线程开始时间
   continue_time = [] 存取线程持续时间

4. 线程启动函数

5. 主函数
   

再来一个图理解

需要的环境

1.安装python3
2.确保有time threading 两个模块（没有则在命令行运行pip install [模块名]）
3.运行python Reader_first.py
4.也可以使用jupyter打开Reader_first.ipynb 可以看到相关输出
5.测试数据在input.txt中修改

代码

import time import threading from threading import Semaphore  Wmutex = Semaphore(1) Rmutex = Semaphore(1) Rcount = 0 def reader(i,sleept,start,start_sleep):     time.sleep(start_sleep) print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  reader  '+str(i)+'  waiting to readn', end='')     Rmutex.acquire() global Rcount     if Rcount == 0:         Wmutex.acquire()     Rcount += 1     Rmutex.release() print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  reader  '+str(i)+'  readingn', end='')     time.sleep(sleept) print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  reader  '+str(i)+'  finish readingn', end='')     Rmutex.acquire()     Rcount -= 1 if Rcount == 0:         Wmutex.release()     Rmutex.release() def writer(i,sleept,start,start_sleep):     time.sleep(start_sleep)     now = int(time.strftime('%S')) print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  writer  '+str(i)+'  waiting to writen', end='')     Wmutex.acquire() print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  writer  '+str(i)+'  writingn', end='')     time.sleep(sleept) print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  writer  '+str(i)+'  finish writingn', end='')     Wmutex.release() if __name__ == '__main__':     idx = []      rwlist = []     start_time = []     continue_time = [] with open('input.txt','r') as f:         data = f.readlines() for x in data:             x = x.split()             idx.append(int(x[0]))             rwlist.append(x[1])             start_time.append(int(x[2]))             continue_time.append(int(x[3]))     start = int(time.strftime('%S')) print('时间点  '+str(start-start)+'  所有线程开始启动n', end='') for i in range(len(rwlist)): print('时间点  '+str(int(time.strftime('%S'))-start)+'  线程  '+str(idx[i])+'  set upn', end='') if rwlist[i] == 'R':             t = threading.Thread(target=reader, args=(idx[i],continue_time[i],start,start_time[i]))             t.start() else:             t = threading.Thread(target=writer, args=(idx[i],continue_time[i],start,start_time[i]))             t.start() 

最后 使用python写操作系统实验只需要几十行代码 比起用java或者c语言写上百行 不快乐吗

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