经典进程同步问题--读者写者问题

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-04-17 05:57 257阅读 0赞

问题描述

有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：①允许多个读者可以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，应让已有的读者和写者全部退出。 问题分析1) 关系分析。由题目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。  
  
整理思路

两个进程，即读者和写者。写者是比较简单的，它和任何进程互斥，用互斥信号量的P操作、V操作即可解决。读者的问题比较复杂，它必须实现与写者互斥的同时还要实现与其他读者的同步，因此，仅仅简单的一对P操作、V操作是无法解决的。那么，在这里用到了一个计数器，用它来判断当前是否有读者读文件。当有读者的时候写者是无法写文件的，此时读者会一直占用文件，当没有读者的时候写者才可以写文件。同时这里不同读者对计数器的访问也应该是互斥的。  
  
信号量设置

首先设置信号量count为计数器，用来记录当前读者数量，初值为0; 设置mutex为互斥信号量，用于保护更新count变量时的互斥；设置互斥信号量rw用于保证读者和写者的互斥访问。  
  
代码如下：

int count=0;  //用于记录当前的读者数量
     semaphore mutex=1;  //用于保护更新count变量时的互斥
    semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件
    writer () {  //写者进程
        while (1){
            P(rw); // 互斥访问共享文件
            Writing;  //写入
            V(rw) ;  //释放共享文件
        }
    }
     reader () {  // 读者进程
        while(1){
            P (mutex) ;  //互斥访问count变量
            if (count==0)  //当第一个读进程读共享文件时
                P(rw);  //阻止写进程写
            count++;  //读者计数器加1
            V (mutex) ;  //释放互斥变量count
            reading;  //读取
            P (mutex) ;  //互斥访问count变量
            count--; //读者计数器减1
           if (count==0)  //当最后一个读进程读完共享文件
               V(rw) ;  //允许写进程写
           V (mutex) ;  //释放互斥变量 count
        }
    }

在上面的算法中，读进程是优先的，也就是说，当存在读进程时，写操作将被延迟，并且只要有一个读进程活跃，随后而来的读进程都将被允许访问文件。这样的方式下，会导致写进程可能长时间等待，且存在写进程“饿死”的情况。  
  
如果希望写进程优先，即当有读进程正在读共享文件时，有写进程请求访问，这时应禁止后续读进程的请求，等待到已在共享文件的读进程执行完毕则立即让写进程执行，只有在无写进程执行的情况下才允许读进程再次运行。为此，增加一个信号量并且在上面的程序中 writer()和reader()函数中各增加一对PV操作，就可以得到写进程优先的解决程序。

int count = 0;  //用于记录当前的读者数量
    semaphore mutex = 1;  //用于保护更新count变量时的互斥
    semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件

semaphore w=1; //用于实现“写优先”

writer(){
        while(1){
            P(w);  //在无写进程请求时进入
            P(rw);  //互斥访问共享文件
            writing;  //写入
            V(rw);  // 释放共享文件
            V(w) ;  //恢复对共享支件的访问
        }
    }
     
    reader () {  //读者进程
        while (1){
            P (w) ;  // 在无写进程请求时进入
            P (mutex);  // 互斥访问count变量
     
            if (count==0)  //当第一个读进程读共享文件时
                P(rw);  //阻止写进程写
     
            count++;  //读者计数器加1
            V (mutex) ;  //释放互斥变量count
            V(w);  //恢复对共享文件的访问
            reading;  //读取
            P (mutex) ; //互斥访问count变量
            count--;  //读者计数器减1
     
            if (count==0)  //当最后一个读进程读完共享文件
                V(rw);  //允许写进程写
     
            V (mutex);  //释放互斥变量count
        }