读者-写者问题

前言

​ 读者-写者问题是操作系统中P、V操作部分经典的同步问题

读者、写者问题

1. 问题描述

​ 读者与写者问题(reader-writer problem) (Courtois, 1971)也是一个经典的并发程序设计问题。有两组并发进程：读者和写者，共享一个文件F，要求：

1. 允许多个读者可同时对文件执行读操作
2. 只允许一个写者往文件中写信息
3. 任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作
4. 写者执行写操作前，应让已有的写者和读者全部退出

2. 问题分析

​ 读者和写者是互斥的，写者和写者也是互斥的，而读者和读者不存在互斥问题。两个进程，即读者和写者。写者比较简单，它和任何进程互斥，用互斥信号量的P、V操作即可解决。读者问题比较复杂，它必须实现与写者进程互斥的同时还要与其他读者进程同步，因此，仅仅简单的一对P、V操作是无法解决的。那么在这里用到了一个计算器，用它来判断当前是否有读者读文件。同时这里不同读者对计数器的访问也应该是互斥的。

3. 读者优先的P、V操作

semaphore rmutex = 1; // 读进程互斥信号量
semaphore wmutex = 1; // 写进程互斥信号量
int readcount = 0;    // 读进程计数

cobegin
process reader_i() {  // 读进程
    while(true) {
        P(rmutex);
        readcount++;
        if(readcount == 1)
        	P(wmutex);
        V(rmutex);
        {读文件};
        P(rmutex);
        readcount--;
        if(readcount == 0)
        	V(wmutex);
        V(rmutex);
    }
}

process writer_i() {  // 写进程
    while(true) {
        P(wmutex);
        {写文件};
        V(wmutex);
    }
}
coend

说明：此P、V操作是读进程优先，当一个读进程占用了临界资源后，后续的读进程便能陆续的进入临界区，而写进程只能*等待。增加互斥信号量S可解决读进程优先问题！

4. 公平竞争的读写P、V操作

semaphore rmutex = 1; // 读进程互斥信号量
semaphore wmutex = 1; // 写进程互斥信号量
int readcount = 0;    // 读进程计数
semaphore S = 1;      // 保证readcount++能完整执行的互斥信号量

cobegin
process reader_i() {  // 读进程
	while(true) {
        P(S);
        P(rmutex);
        readcount++;
       	if(readcount == 1)
       		P(wmutex);
       	V(rmutex);
       	V(S);
       	{读文件};
       	P(rmutex);
       	readcount--;
       	if(readcount == 0)
       		V(wmutex);
       	V(rmutex);
	}
}

process writer_i() {  // 写进程
    while(true) {
        P(S);
        P(wmutex);
        {写文件};
        V(wmutex);
        V(S);
    }
}
coend

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